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1、汽车空调用管片式蒸发器的设计、校核计算实用方法为便于技术人员进行管片式蒸发器的设计或校核计算，现根据经验整理一套实用计算方法，供大家参考与讨论。一、设计计算实用方法确定设计参数在进行设计计算时，有些参数有通用标准，有些参数必须经过估算才能确定。根据实际情况，在汽车空调系统中一般在进行管片式蒸发器设计计算之前可以确定以下参数1.目标制冷量Q这个参数必须根据整车热负荷进行估算，然后放大一定的安全系数，一般可以结合国内外相似车型的空调系统制冷量进行类比确定设计目标。2蒸发器的送风量V在其他专家的文献中，这个参数一般是通过具体计算来确定，但我根据多次计算的经验，认为这种方法并不十分合理。在他们的文献中
2、，一般规定了蒸发器的出风参数，这样计算出来的送风量最后在实际应用中往往没有合适的风机来实现。根据经验，制冷量与送风量之比最好在1:89左右，因此，我们确定了目标制冷量Q之后，可以初步估算出送风量，然后根据估算的送风量大小来选定风机的型号与数量。在选取风机时，一般可以选取稍大于初步估算的送风量为好。3.空气侧的计算参数在汽车空调中，蒸发器空气侧的计算参数有一些具体的规定：空气进风干球温度tai=27.0C空气进风湿球温度tai=19.5C当地大气压为标准大气压PB=i0i.32KPa4冷媒侧的计算参数在汽车空调中，蒸发器冷媒侧的计算参数也有一些具体的规定：蒸发温度te=-1.0C冷凝温度tk=6
3、0.0C进膨胀阀前冷媒过冷度SC=5.0C出蒸发器时冷媒过热度SH=8.0C5管片式蒸发器的结构参数在进行设计计算之前，还必须根据企业的具体情况和生产能力，确定管片式蒸发器的基本结构参数，即所用紫铜管（也有用铝管，为便于论述，结合本公司的具体，以下均用紫铜管）和翅片（一般用铝箔加工）的基本结构参数。在汽车空调中，所用管片式蒸发器一般采用错排方式，其局部翅片形状如图1所示：图1翅片局部图在汽车空调管片式蒸发器中，所用的翅片一般有翻边，紫铜管在套片后的结构见图2所示：图2套片管结构在进行设计计算之前，必须确定以下的几个参数即：垂直于空气流动方向的管中心距si沿空气流动方向的管中心距S2翅片间距e翅
4、片厚度f所用紫铜管（或铝管）的外径d和壁厚设计计算在确定了以上设计参数以后，即可以进行设计计算1.确定蒸发器芯子的迎风面积Fy根据经验，一般管片式蒸发器的迎面风速最好在2.5m/s左右，由于我们已确定了蒸发器的送风量V,可以根据这一最佳迎面风速来确定蒸发器的迎风面积Fy=V/Wy,其中Wy=2.5m/s。2确定有效管长l和垂直于空气流动方向的管排数a由于Fy=axSlxl,其中a必须为整数，我们可以根据蒸发器总成的外形尺寸要求先确定a和l的取值范围，然后利用两者之间的约束关系，确定a和1。这一步骤无法用具体的公式规定,须设计人员自行摸索。3.估算沿空气流动方向的管排数b在常见的文献中，b值一般
5、都是设计者先规定一个值，最后通过计算进行校核。在第一次取值时,基本上凭经验,如果第一次取值不准,则必须重新取值,重新计算。为了便于第一次取值准确，我推荐采用以下的方法对b值进行估算，最后再进行校核计算，节省设计计算时间。根据经验公式Q=bxaxlx(7.510)/25.4，将Q换算成Kcal/h,可以估算出b=Q/ax1x(7.510)/25.4,由于b必须为整数，对计算结果加以规整即可初步估算出b值，在规整时，最好取b值为偶数。4几何计算翅片根部外径do二d+2x8f(2)翅片管当量直径deq=2(S1-do)(e-8f)/(S1-do)+(e-8f)翅片表面传热面积Ff=2x1xaxbx(
6、S1xS2-nxdo2/4)/e管外表面传热面积Fp=nxdox(e-f)xlxaxb/e管外空气侧总传热面积Fo=Ff+Fp(6)管内冷媒侧总传热面积Fi=nx(d-2x5)xlxaxb肋化系数t=Fo/Fi肋通系数a=Fo/Fy(9)净面比s8=最窄面流通截面积/迎风面积=(S1-do)(e-5f)/(S1xe)5空气侧传热计算最窄面空气流速W=Wv/s2确定蒸发器出风状态根据蒸发器的进风状态(tal=27.0C,ta1=19.5C)，可以查得蒸发器进风空气的焓值hl和干空气的密度p,由于Q=pxV(h1-h2)，于是可以算出蒸发器出风空气焓值h2:h2=h1-Q/(pxV)由于蒸发器出风
7、空气湿度相当大,基本上是饱和状态,在设计计算时可以将其近似当作饱和空气处理。这样,通过查湿空气的焓湿图,可以查出蒸发器出风空气的温度ta2,从而确定了蒸发器出风状态。析湿系数E=(h1-h2)/Cpx(tal-ta2),式中Cp为空气的比热容，在计算时可以取Cp=1.005w/(gC)计算干工况下的空气侧对流放热系数ao 由ta=(tai-ta2)/2,查得空气的平均运动粘度卩a和导热系数尢a 沿空气流动方向的翅片长度L=bxS2 计算雷诺数Re先计算出L/deq的数值，一般这个数值在4一50之前，于是：Re=Wxdeq/ya 计算ao二1.1x(尢a/deq)xC1xC2xReNX(L/de
8、q)M式中系数1.1为考虑到错排布置的放大系数，C1、C2、N和M值的计算方法如下：C1=1.36-0.24xRe/1000C2=0.518-0.02315xL/deq+0.000425x(L/deq)2-3x10-6x(L/deq)3N=0.45+0.0066xL/deqM=-0.28+0.08xRe/1000计算湿工况下的空气侧当量换热系数aj 计算翅片效率nf=th(mxh)/(mxh)式中：m=(2xaox)/(X1x5f)o.5,尢1是铝的导热系数h=(do/2)x(K,-1)x(1+0.35xlnK,)K=1.27xKx(S1/BO.3)o.5K=B/doB=(S12+S22)0.
9、5函数th(x)=exp(x)-exp(-x)/exp(x)+exp(-x) 计算空气侧当量传热效率no=(nfxFf+Fp)/Fo 计算空气侧当量换热系数aj二noxgxao(6)计算空气侧流动阻力APa=1.2x中xAPd式中1.2为套片管错排布置的放大系数；中是凝露工况下空气侧阻力的增加系数，它与空气冷却过程的析湿系数E的关系如表1所示：表1阻力增加系数中与湿析系数E的关系1/g1.00.90.80.70.6中1.01.051.101.181.26APd是干工况下翅片管簇空气的流动阻力，可按下式计算：APd=9.81xAx(L/deq)x(paxW)1.7上式中：A是考虑翅片表面粗糙度的
10、系数，对粗糙的翅片表面A=0.0113,对光滑的翅片表面A=0.007pa是ta下的空气密度，可以查表得到其余参数在前面已有计算和说明6冷媒侧传热计算确定冷媒进入蒸发器膨胀阀前的状态此时冷媒处于过冷液态，其压力可以从冷凝温度tk查得，其温度为：tfl=tkSC=60.05.0=55.0C根据这两个参数(tk,tfl)可以从冷媒R12的压焓图上查出其焓值II。但一般压焓图上基本上没有过冷液态的曲线，根据我多次计算的经验，在这里，可以将tfl温度下的饱和液体焓值当做I1,用于计算。这两者的差值很小(不到0.01J/Kg),可以忽略不计。确定冷媒出蒸发器时的状态此时冷媒处于过热气态,为计算方便,冷媒
11、流动阻力可忽略不计,则其压力可以从蒸发温度te查得，其温度为：tf2=te+SH=l.0+8.0=7.0C根据这两个参数(te,tf2)可以从冷媒R12的压焓图上查出其焓值12。计算冷媒流量G=Q/(I2-I1)计算冷媒的质量流速Vf在这里，选取冷媒的通路数为a,则：Vf=G/axnx(d2x5)/20.5计算冷媒热流密度q二Q/Fi计算管内冷媒侧换热系数ai般情况下，前面计算的q4,000W2/m2，因此：ai=0.95xBxq0.6xVf/(d25)0.2式中，B值是与制冷剂种类有关的常数，见表2:表28值(W0.4S/Kg0.3m0.2K)teRl2R22Rl42300.8830.993
12、0.606l0l.090l.2200.763l0l.280l.5400.94030l.540l.820l.l70(7)计算冷媒侧的流动阻力APf冷媒侧的流动阻力APf可以用下式计算：APf=5.96x10-5x(qxVf)0.9ixbxl/(d2x“式中各参数已在前面计算得出。7校核计算计算传热系数Ko=1/(1/ai+Ri+5/X2+5f/X1)xT+1/aj式中尢2是紫铜的导热系数；Ri是空气侧污垢热阻及翅片与管壁接触热阻之和，一般空气侧污垢热阻为0.0001一0.0003m2K/W,翅片与管壁接触热阻为0.00035-0.0006m2K/W;其余参数在前面已有计算。其中f/X1项在翅片无一次翻边时不计算。计算传热温差ATm=Q/(KoxFo)计算对数平均温差ATm，=(talta2)/ln(talte)/(ta2-te)比较ATm与ATm，,如果二者之差在3%之内，可以认为设计合理，否则须重新选取a、b、l三个数值,重复前面的计算步骤,直到认为合理为至。
