某輕型客車頂置蒸發器性能研究

安徽江淮汽車集團股份有限公司 安徽合肥 230601

本文通過研究某歐系輕型客車出口中東市場空調的制冷性能，在整車空間布置變化困難、整車設變成本控制、不增大壓縮機排量及不改變前空調系統布置的情況下，采用優化頂置蒸發器的芯體尺寸，提升空調系統的制冷性能。在此項研究活動中，我們主要針對厚度38mm與56mm平行流蒸發器開展性能對比研究。通過對蒸發器芯體模型建立、臺架性能測試、整車環境模擬測試及終端市場測試等對比評價兩種芯體制冷性能，為提升空調系統制冷性能提供數據參考。

1 平行流蒸發器傳熱分析基礎理論

1.1 傳熱學基本方程式

上述公式中：Q—熱負荷，單位：W；

K—平行流蒸發器的傳熱系數，單位：W/m2℃；

A—換熱傳熱面積，單位：m2；

△t—換熱面平均溫差，單位：℃。

從上述公式得知，為使平行流蒸發器在傳熱以及換熱上的水平等到有效的提升，通常采用加大推動力以及降低熱阻力，實際上就是增加△t或是加大A與K。

1.2 空氣的側制冷量計算方法

平行流蒸發器所制造出來的制冷量主要是由車型、車體結構和換熱性等來決定的。而空氣側被吸收的熱量重點包括顯熱與潛熱。

方程式中Qs為顯熱部分，Q1是潛熱部分，其中顯熱部分可以按照下式計算：

方程式中：t1—流進空氣的干球溫度，單位：℃；

t2—流出空氣的干球溫度，單位：℃；

cp—空氣的質量定壓熱容，等于1.005kg/（kg.K）；

h1—空氣的質量流量，單位：kg/s；

h1—空氣流入平行流蒸發器時的焓值，單位：kj/kg；

h2—空氣流出平行流蒸發器時的焓值，單位：kj/kg。

2 蒸發器結構模型與優化方案

2.1 頂置蒸發器結構模型

某輕型客車車型后頂置蒸發器模型結構主要包括雙平行流蒸發器芯體、H型膨脹閥、鼓風機及殼體等組成。

2.2 蒸發器芯體結構及優化

（1）蒸發器芯體結構。

原蒸發器芯體結構模型如圖1所示，芯體厚度為38mm，長度為683mm，寬度148mm，翅片波距/波高/波寬：2.8/6/38mm。

圖1 優化前芯體結構

（2）蒸發器芯體優化方案。

根據平行流蒸發器傳熱學基本方程式，Q＝K·A·Δt，在△t不變的情況下，通過改變加大換熱傳熱面積A與平行流蒸發器的傳熱系數K，增加熱負荷能力。鑒于此，該車型制冷性能提升主要把芯體厚度增加到56mm，翅片波距/波高/波寬：2.8/6/56mm，其它長度與寬度保持不變[1]。如圖2所示。

圖2 優化后芯體結構模型

3 蒸發器芯體臺架測試與數據分析

3.1 蒸發器芯體臺架測試

（1）蒸發器芯體臺架試驗方法與條件。根據空氣的側制冷量理論計算公式 Q0=Qs+Q1=Ga（h1+h2）與 Qs=Ga·cp·（t1+t2），通過汽車空調性能試驗，試驗中不改變蒸發器室流進、流出空氣的溫度及膨脹閥的壓力等，只改變蒸發器側的空氣流量條件下，測試蒸發器的熱轉換能力。具體測試條件如下：

①蒸發器室干球溫度26.7℃,蒸發器室濕球溫度19.4℃；

②冷凝器室干球溫度35℃；

③膨脹閥入口壓力1.524MPa 膨脹閥過冷度5℃；

④蒸發器出口壓力0.193Mpa，出口過熱度5℃；

⑤風量 500m3/h，600m3/h，700m3/h，800m3/h。

（2）芯厚38mm測試數據。按照芯體測試條件四種風量500m3/h、600m3/h、700m3/h 及 800m3/h 狀態測試，制冷性能、冷媒阻力及通風阻力測試數據如下表1：

表1

（3）芯厚56mm測試數據。按照芯體測試條件四種風量500m3/h、600m3/h、700m3/h 及 800m3/h 狀態測試，制冷性能、冷媒阻力及通風阻力測試數據如下表2：

表2

4 整車環境倉模擬試驗與數據分析

根據臺架測試蒸發器芯規格制作芯厚38mm與56mm芯各一套，裝配在某輕型客車上，通過國內空調廠家的環境倉模擬43℃與49℃環境溫度要求，并按照QC/T 658-2010標準測試，分析空調后出風口的溫度變化。

4.1 試驗工況與車內傳感器布置

整車按照QC/T 658-2010標準測試，四種工況速度、時間及檔位要求如下圖3表示：

圖3

整車每個出風口溫度傳感器布置如圖5-2模型所示：

圖4

4.2 模擬試驗數據分析

（1）三種不同組合試驗數據。

表3

5 終端市場整車測試與數據分析

通過發運兩臺優化后的車輛到沙特市場，空調性能測試安排在沙特首都利雅得，采用QC/T 658-2010《汽車道路空調制冷試驗規范》，設備FLUKE 2635A，布置24個傳感器數據采集點，整車空載與滿載兩種工況測試。

5.1 測試工況與車內傳感器布置

整車按照QC/T 658標準測試，四種工況速度、時間及檔位要求如圖表示；整車部分出風口溫度傳感器布置如圖5-2模型所示。

5.2 終端測試數據分析

（1）兩臺車輛測試數據。

（2）整車測試結果分析。從終端市場兩臺車輛數據分析，都滿足了QJQ 8101.11-2012《整車空調系統性能技術要求》，優化后的空調與原狀態車輛比較，后空調出風口溫度降低1-3℃，制冷效果提升明顯，滿足了終端市場使用要求。

6 結語

本論文通過兩種38mm與56mm頂置平行流蒸發器芯體性能的對比研究，主要有以下結論：（1）在不改變平行流蒸發器芯體內部結構與翅片尺寸、角度的情況下，增加蒸發器的厚度，可以提高平行流蒸發器的制冷能力；（2）通過蒸發器臺架驗證、整車環境倉模擬空調試驗、運用FLUCK對終端市場空調測試等試驗方法，為空調系統開發提供方法參考；（3）終端市場大量的空調數據采集，為國內開發中東版的整車空調系統提供了數據支撐，建立了數據參考；（4）從理論到終端，有效的串聯了臺架測試、環境倉模擬及終端測試，為實驗室測試準確度提供了有力的支撐和標準對照，新車型開發不再需要花費大量精力在終端測試環節，節約了開發成本，縮短了開發周期。