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        暖風(fēng)換熱器性能提升方法的探討

        2013-12-23 06:20:54平永亮姚軍平陳鳳云劉永強(qiáng)
        汽車電器 2013年6期
        關(guān)鍵詞:芯體暖風(fēng)翅片

        平永亮, 姚軍平, 秦 紅, 陳鳳云, 王 旭, 葉 航, 劉永強(qiáng)

        (麥克斯(保定) 汽車空調(diào)系統(tǒng)有限公司, 河北保定 071000)

        汽車空調(diào)中暖風(fēng)換熱器是實(shí)現(xiàn)冬季為車內(nèi)提供熱量的核心部件, 其結(jié)構(gòu)如圖1所示, 主要由扁管、水室、 翅片構(gòu)成。 扁管是散熱介質(zhì)流經(jīng)的通道; 水室的作用是收集暖風(fēng)換熱器扁管內(nèi)部的傳熱介質(zhì),并將介質(zhì)均勻分布到每根扁管; 翅片的作用: 將熱量通過扁管的管壁傳遞到翅片上, 風(fēng)通過翅片, 與翅片進(jìn)行熱交換, 從而實(shí)現(xiàn)給空氣加熱的功能。 目前常規(guī)能源汽車空調(diào)系統(tǒng)主要是由發(fā)動機(jī)余熱提供熱源, 熱量充足, 對暖風(fēng)的要求較低, 故針對暖風(fēng)性能的研究較少, 然而在新能源汽車中熱源不穩(wěn)定, 同時(shí)熱量珍貴,必須將之充分利用, 從而對暖風(fēng)芯體的性能研究必須加強(qiáng), 本文就是針對影響暖風(fēng)性能的主要因素進(jìn)行逐一分析驗(yàn)證, 最終找到一個(gè)更加合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 提高性能, 達(dá)到節(jié)約能源的目的。

        1 扁管的影響

        1.1 扁管形式對整體性能的影響

        目前暖風(fēng)芯體中主要有兩種扁管形式, 分別為B型扁管和O型扁管, 如圖2所示。 本文針對外形規(guī)格(寬×厚) 為26×1.4 mm的兩種扁管為例作分析研究。

        試驗(yàn)用B型扁管材料厚度為0.25 mm, O型扁管材料厚度為0.3 mm。 用換熱器外形尺寸、 翅片、 流程相同, 分別使用B型扁管和O型扁管制作成暖風(fēng)芯體進(jìn)行臺架性能測試。

        測試條件: 空氣側(cè)干球溫度20 ℃, 濕球溫度15 ℃, 芯體內(nèi)熱水溫度85 ℃, 水流量6 L/min, 通過暖風(fēng)芯體表面的風(fēng)量分別在250 m3/h、 300 m3/h、350 m3/h的情況下, 測試結(jié)果如圖3所示。

        通過上述試驗(yàn), 采用B型管的暖風(fēng)性能比O型管高出5%以上。

        1.2 扁管形式對流阻的影響

        用換熱器外形尺寸、 翅片、 流程相同, 分別使用B型扁管和O型扁管制作成暖風(fēng)芯體進(jìn)行臺架性能測試。 測試條件: 芯體內(nèi)熱水溫度85 ℃, 水流量分別為3 L/min、 6 L/min、 9 L/min的情況下測試流阻,結(jié)果如圖4所示。

        通過上述試驗(yàn), 采用B型管的暖風(fēng)流阻要比O型管低, 這樣有利于暖風(fēng)內(nèi)的流體流動。 當(dāng)在實(shí)車上時(shí), 在同一車內(nèi)相同的泵提供同樣壓頭的情況下,冷卻液在B型扁管的暖風(fēng)換熱器內(nèi)的流量要大, 提供熱源的量也比O型扁管的換熱器多, 從而B型扁管在整車上的換熱也是存在優(yōu)勢的。

        1.3 扁管形式對整車升溫效果的影響

        用換熱器外形尺寸、 翅片、 流程相同, 分別使用B型扁管和O型扁管制作成暖風(fēng)芯體裝入整車, 進(jìn)行環(huán)境模擬試驗(yàn)。

        測試條件: 整車在環(huán)境溫度-15 ℃的條件下停放足夠長時(shí)間, 致使發(fā)動機(jī)防凍液的溫度與環(huán)境溫度相同, 然后整車恒速60 km/h, 空調(diào)最大風(fēng)量、最大制熱、 內(nèi)循環(huán)的狀態(tài)下, 運(yùn)行40 min, 測試駕駛室溫度分布結(jié)果如表1所示。

        表1 兩種扁管形式下測試駕駛室溫度分布結(jié)果

        通過上述試驗(yàn)結(jié)果可知, B型扁管在整體換熱能力、 流阻及整車升溫效果上都優(yōu)于O型扁管。

        2 翅片的影響

        目前暖風(fēng)芯體中使用的翅片主要有U型翅片和矩型翅片兩種。 翅片開窗數(shù)量一般根據(jù)暖風(fēng)芯體的厚度不同進(jìn)行調(diào)整, 目的是對通過芯體的空氣進(jìn)行導(dǎo)流, 使空氣與換熱器進(jìn)行充分接觸, 可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

        矩型翅片較U型翅片與暖風(fēng)芯體扁管的接觸面大, 有利于增加換熱器的換熱量。

        用換熱器外形尺寸相同, 分別使用矩型翅片和U型翅片制作成暖風(fēng)芯體進(jìn)行臺架性能測試。 測試條件: 空氣側(cè)干球溫度20 ℃, 濕球溫度15 ℃, 芯體內(nèi)熱水溫度85 ℃, 水流量6 L/min, 通過暖風(fēng)芯體表面的風(fēng)量分別在250 m3/h、 300 m3/h、 350 m3/h的情況下, 測試結(jié)果如圖5所示。

        通過上述試驗(yàn),采用矩型翅片的暖風(fēng)性能比U 型翅片高,且當(dāng)風(fēng)量增大時(shí)換熱能力提高更加明顯。

        3 流程的影響

        目前暖風(fēng)芯體主要使用單排扁管, 其流程分布主要有一型流程和U型流程兩種, 如圖6所示。

        一型流程的暖風(fēng)芯體由于換熱介質(zhì)從靠近進(jìn)出口位置的扁管流過的距離較短, 容易形成“短路”, 造成換熱介質(zhì)從靠近進(jìn)出口位置的幾排扁管流過, 后面的扁管換熱介質(zhì)不經(jīng)過, 使換熱器表面溫度不均勻, 致使整車空調(diào)主駕駛側(cè)與副駕駛側(cè)的出風(fēng)口溫度偏差大, 影響顧客的舒適度。

        U型流程的暖風(fēng)換熱器可以減少流程不均的現(xiàn)象, 但是靠近中間的扁管同樣比芯體兩側(cè)的扁管流經(jīng)的距離短。

        為了避免換熱介質(zhì)流經(jīng)距離不均的現(xiàn)象, 設(shè)計(jì)出芯體的進(jìn)出口管位置調(diào)整為異側(cè)進(jìn)出口的方式,如圖7所示, 無論換熱介質(zhì)從哪根扁管流過, 換熱介質(zhì)流經(jīng)的距離均相同。

        使用扁管翅片相同參數(shù)的材料制作出外形尺寸相同的一型流程暖風(fēng)芯體、 U型流程暖風(fēng)芯體和進(jìn)出口異側(cè)流程暖風(fēng)芯體, 進(jìn)行臺架性能測試。

        測試條件: 空氣側(cè)干球溫度20 ℃, 濕球溫度15 ℃, 芯體內(nèi)熱水溫度85 ℃, 水流量6 L/min, 通過暖風(fēng)芯體表面的風(fēng)量分別在250 m3/h、 300 m3/h、350 m3/h的情況下, 測試結(jié)果如圖8所示。

        通過上述試驗(yàn), 更改為異側(cè)進(jìn)出口的形式, 其換熱能力較另外兩種都明顯提高, 但采用此方式需根據(jù)實(shí)際的安裝空間進(jìn)行選擇。

        4 結(jié)論

        1) B型扁管材料因可比O型扁管的材料做得更薄, 換熱效率明顯高于O型扁管, 在暖風(fēng)芯體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可優(yōu)先選用。

        2) 矩型翅片增加了翅片與扁管的接觸面積,提高了暖風(fēng)芯體的空氣側(cè)換熱效率。 在大風(fēng)量時(shí)其優(yōu)越性愈加明顯。

        3) 暖風(fēng)芯體的流程設(shè)計(jì)應(yīng)該盡量使流體在扁管內(nèi)的流動距離相同, 使得芯體表面的溫度分布趨于均勻一致。 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果, 采用進(jìn)出口異側(cè)的方式可以很好地解決此問題, 但需要在前期設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮其裝配性。

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