冷凝器的性能优化设计研究
徐智雄 张丽英
【摘 要】 在汽车行业节能减排的发展趋势下，提高能效比的设计势在必行。在同等的散热面积的情况下，利用Dymola性能模拟软件对不同流程分布的冷凝器进行模拟计算和样件实际实验结果的数据对比，得出最佳的流程选择和结构设计,达到提高冷凝器的散热性能，增加充注平台的长度和增加冷凝器的回油率（减少冷凝器的油残留量）。 【期刊名称】时代汽车 【年(卷),期】2018(000)009 【总页数】3
【关键词】流程分布；充注平台长度；回油率，油残留量
1 引言
在目前市场上大部分乘用车空调系统中，对制冷系统起着关键决定作用的热交换器就是风冷式冷凝器。风冷式冷凝器一般放置在汽车前端模块的最前端，发动机散热器的前面。其热交换的性能直接影响到制冷系统的制冷能力，压缩机的能耗以及整个空调的能效。冷凝器的作用就是对从汽车压缩机排出的高温高压的气态制冷剂进行散热降温，使之凝结成液态的高压制冷剂排出。其中储液干燥瓶使得进入干燥瓶的汽液两相的制冷剂进行汽液分离和干燥过滤，再通过冷凝器的过冷区的散热降温进一步过冷，使制冷剂变成100%液体离开冷凝器。本研究主要是基于热行为理论和流体力学的实验数据为基础，对冷凝器在不同流程设计（2流程和4流程）的对比，用Dymola仿真软件模拟分析对散热性能的影响，进行评估和分析各自的优缺点。还通过两种流程设计的逆流式冷凝
器样品的实际实验对比，得出在不同流程下对回油率和充注平台的长度的最佳设计方案（所有实验和模拟都是使用R-134a制冷剂进行）。
2 冷凝器的设计现状
冷凝器主要分为三个区域，如下图1所示，过热区，冷凝区和过冷区。在目前的汽车行业，接头在同侧的情况中，流程设计主要分为2流程和4流程两种。对于2流程的冷凝器，第一流程为过热区和冷凝区，第二流程为过冷区。对于4流程的冷凝器，第一流程为过热区，第二和第三流程为冷凝区，第四流程为过冷区。2流程和4流程的设计目的都是为了将进入前的冷媒进行充分换热，从气态变成汽液态，再经过干燥和汽液分离，最后在过冷区进一步散热，从出口排出。
如下图1的焓图和冷凝器所示。
3 两种流程设计的模拟对比实验
针对冷凝器的2流程和4流程的设计，我们运用Dymola性能模拟软件，对同样的散热面积 OA X LF的42排管，以定冷媒入口压力温度和定过冷度情况下，用最优的管子数量进行性能对比，如图2。 （2流程：17/11/7/7 VS 4流程35/7） 从模拟结果得出结论是：
功率：中高风速下，两种流程都很接近。
风阻：在换热的情况下不同风速下，两种流程风阻几乎一样。 出口温度：4流程的在不同风速下，优于2流程。 冷媒流阻：2流程的在不同风速下，优于4流程
从以上结果来看，4流程的优势是冷媒的出口温度低。2流程的优势是内阻压
降较小的。但是从系统上应该如何选择呢？我们一起从空调系统的COP系数来对比一下。
4 流程设计对空调系统性能系数的影响
我们用上述的两款冷凝器，用同样的测试工况进行性能测试，并计算 2流程和4流程的COP性能系数。
（注：COP： 性能系数，用于评价系统的能效。Coefficient of performance，allows evaluating the system energy efficiency.） 2流程(2P)VS 4流程(4P)的COP测试结果如下图3所示。
对于2流程和4流程冷凝器来说，两者在同样的工况下，功率都是相差无几，而4流程的内部压降明显要大于2流程的1倍左右，但是对于整个冷却系统来说，4流程的冷凝器有较低的出口温度，换热更加充分。所以4流程的COP性能系数明显要比2流程的冷凝器要稍高。综合来说4流程的冷凝器在空调系统性能表现方面更加出色。
5 流程和结构设计对充注平台长度的影响
我们拿上述同样的42排管的逆流式冷凝器作为研究对象，通过做实物样品进行实际实验对比。
要求是在过冷度区间8～12K下，达到135g的充注平台长度（测试冷媒为R134a）测试工况如下：
冷凝器工况：TAKI =40℃；HAKI=0% r.H；MAKI ＞=2000kg/h 蒸发器工况TAEI =40℃；HAEI =40%r.H；MAEI ＞=540 kg/h 压缩机工况：在充注平台下，压缩机最少流量达到170kg/h 初始设计方案是2流程：36排+6排过冷区
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