崔建維，楊菲菲，王海萍

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

專題 仿真與測試

仿真分析技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)上的應(yīng)用

崔建維，楊菲菲，王海萍

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章介紹了仿真分析在某輕客車型上的應(yīng)用，從單體模型、一維分析和三維分析等方面，詳細(xì)闡述了空調(diào)降溫性能仿真的研究過程，通過仿真分析結(jié)果和試驗車結(jié)果對比表明該技術(shù)完全具有可行性，并且對應(yīng)用于其他車型上均有著重要的意義。

仿真；一維；降溫

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)05-60-04

前言

隨著汽車行業(yè)的高速發(fā)展，汽車空調(diào)所面臨的問題層出不窮，這就要求我們要提出解決問題和提供方案的新要求。同時，汽車行業(yè)競爭激烈，面臨嚴(yán)峻的考驗例如嚴(yán)格的規(guī)范、時間成本和經(jīng)濟(jì)成本等。一般汽車空調(diào)系統(tǒng)的性能主要是靠大量系統(tǒng)臺架試驗及整車環(huán)模試驗進(jìn)行評價，但由于汽車空調(diào)系統(tǒng)的復(fù)雜性，當(dāng)出現(xiàn)汽車除霜、采暖、降溫等性能達(dá)不到要求時，傳統(tǒng)方法只能通過相關(guān)測試數(shù)據(jù)及積累的經(jīng)驗對系統(tǒng)及零部件進(jìn)行改進(jìn)，然后通過多輪的制作物理樣機(jī)和重復(fù)大量的試驗進(jìn)行方案驗證最終才能使空調(diào)系統(tǒng)滿足其性能要求。

1、仿真分析技術(shù)應(yīng)用的意義

空調(diào)系統(tǒng)開發(fā)及方案驗證方法主要依賴于相關(guān)測試數(shù)據(jù)及積累的經(jīng)驗，方案缺少相應(yīng)的理論依據(jù)，導(dǎo)致開發(fā)周期長；大量的臺架試驗環(huán)模試驗費用也非常高，增加開發(fā)成本，大大降低了車型的競爭力。針對某輕客車型空調(diào)系統(tǒng)制冷性能進(jìn)行仿真分析，先對制冷系統(tǒng)單體進(jìn)行模擬計算，在采用某一維仿真軟件建立完整的空調(diào)系統(tǒng)一維仿真模型，根據(jù)輸入條件對模型進(jìn)行計算并提供空調(diào)系統(tǒng)匹配分析及各個部件優(yōu)化方案，最后進(jìn)行整車性能模擬并與試驗數(shù)據(jù)對比確認(rèn)，以此指導(dǎo)江淮后續(xù)車型空調(diào)系統(tǒng)的開發(fā)。

1.1 制冷單體模型的建立

1.1.1 蒸發(fā)器模型建立

在一維模型中制冷劑側(cè)頁面建立蒸發(fā)器模型，對輸入需要的相關(guān)參數(shù)如蒸發(fā)器尺寸、扁管、翅片、試驗條件等（見圖1到圖7）。

圖1 蒸發(fā)器模型流程參數(shù)

圖2 模型扁管參數(shù)

圖3 蒸發(fā)器模型翅片參數(shù)

圖4 蒸發(fā)器模型試驗條件參數(shù)

圖6 蒸發(fā)器模型制冷劑側(cè)和空氣側(cè)性能參數(shù)

以相同方式建立某輕客車型前后兩個蒸發(fā)器模型。

1.1.1.1 模型理論分析

通過理論對模型進(jìn)行分析說明，建立蒸發(fā)器模型的需求是根據(jù)系統(tǒng)時刻變化算出對應(yīng)的換熱量。

模型中采用的為平行流式換熱器，它計算公式為：

Q為平行流式換熱器換熱量；

WK為WI與WO熱容流中的最小值；

TI(in)為內(nèi)部介質(zhì)側(cè)進(jìn)口溫度；

TO(out)為外部空氣側(cè)進(jìn)口溫度；

φ為操作特性參數(shù)；

操作特性參數(shù)φ為兩種介質(zhì)在不同的進(jìn)口溫度中的熱交換影響因素，因為空氣的比熱容大于冷媒R134a，所以計算公式為：

最終通過計算（2）、（3）、（4）、（5）得出：

N為熱交換器的扁管排數(shù)；

WI為內(nèi)部介質(zhì)側(cè)熱容；

WO為外部空氣側(cè)熱容；

KA為熱交換系數(shù)；

A0為換熱器的迎風(fēng)面積；

通過上述公式查閱相關(guān)物質(zhì)物理特性即可算出換熱器芯體的換熱量。

1.1.2 冷凝器模型建立

冷凝器與蒸發(fā)器都是為平行流式換熱器所以建模類型相同，同樣輸入基本尺寸參數(shù)、扁管、翅片、試驗條件等，通過對冷凝器單體模型的建立可以得到冷凝器換熱量、空氣側(cè)阻力、制冷劑側(cè)阻力、出風(fēng)溫度等等重要參數(shù)，對汽車空調(diào)系統(tǒng)匹配和優(yōu)化提供依據(jù)。

1.1.3 壓縮機(jī)模型建立

定義不同壓力下的壓縮機(jī)容積效率及等熵效率（見圖7）。

圖7 壓縮機(jī)參數(shù)

壓縮機(jī)模型主要關(guān)注壓縮機(jī)傳動比及其自身的容積效率和等熵效率，容積效率ηv和等熵效率h計算公式為：

通過此計算得出壓縮機(jī)進(jìn)出口焓值，與制冷劑流量質(zhì)量乘積即可得出壓縮機(jī)制冷量。

1.1.4 儲液干燥器和膨脹閥模型建立

定義儲液干燥瓶的容積和類型，確定本身散熱量對系統(tǒng)的影響（見圖8）。最后建立膨脹閥模型，確定它進(jìn)出口橫截面積和過熱度等（見圖9）。

圖8 儲液干燥器模型參數(shù)

圖9 膨脹閥模型參數(shù)

通過膨脹閥參數(shù)輸入主要制冷劑在此處壓力損失，蒸發(fā)器進(jìn)口為氣體液體混合物，物質(zhì)為兩相區(qū)存在較大熱交換反應(yīng)和壓力損失。

1.2 制冷系統(tǒng)一維模型建立

圖10 制冷劑側(cè)系統(tǒng)模型

圖11 空氣側(cè)模型

通過上述單體模型的建立后再增加輔助部件如回路狀態(tài)、電子閥等，然后調(diào)整到合適的位置和方向，將其部件按照系統(tǒng)進(jìn)行連接循環(huán)，完成制冷劑側(cè)和空氣側(cè)的模型建立，空氣側(cè)模型芯體前必須增加溫度、相對濕度和風(fēng)量模型（見圖10、圖11）。

1.3 駕駛室參數(shù)輸入（如表1）

表1 駕駛室參數(shù)

1.4 試驗環(huán)境參數(shù)設(shè)置

由于降溫系統(tǒng)中，溫度、相對濕度、風(fēng)量對系統(tǒng)影響較大，建立整車環(huán)境參數(shù)模型，T為溫度，X為濕度，M為風(fēng)量，同時建立順序及空氣側(cè)模型中三者只能按照溫度、濕度、風(fēng)量順序進(jìn)行排列，防止對系統(tǒng)其他參數(shù)進(jìn)行影響。

1.5 整車內(nèi)模型提?。善?shù)據(jù)）；儀表臺進(jìn)、出風(fēng)口模型；駕駛員、乘員座椅、假人模型。

1.6 運行模型

根據(jù)制冷試驗的試驗工況，輸入各元件的參數(shù)，建立采暖分析一維模型，最后對其進(jìn)行模型檢查，系統(tǒng)檢查無問題后進(jìn)行運行計算（go按鈕），系統(tǒng)根據(jù)試驗時間根據(jù)參數(shù)計算每段時間的壓焓值圖（圖12）變化值確定仿真結(jié)果。

圖12 運算壓焓圖值

2、模擬仿真結(jié)論對比

圖13 仿真與實驗結(jié)果對比圖

仿真工況：參照某企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/JQ 8101.11 整車空調(diào)系統(tǒng)性能技術(shù)要求，室外溫度：43 ℃，濕度 40%， 日照量：1000W/m2h ；模式：回風(fēng)，鼓風(fēng)機(jī)最大風(fēng)量，車速：40km/h ，時間 40min；最后仿真結(jié)果與環(huán)模試驗結(jié)果進(jìn)行對比（見圖13）。

通過對某輕客車型空調(diào)降溫模型建立與運行計算，仿真分析得到40分鐘后車內(nèi)平均溫度在21℃，環(huán)模實驗測得車內(nèi)平均溫度在22.1℃左右，仿真值與實驗值相差1.1℃，誤差在5%之內(nèi)。

同時，運行結(jié)束后根據(jù)計算結(jié)果查看自己需要的參數(shù)，如壓縮機(jī)進(jìn)出口排氣壓力、蒸發(fā)器芯體進(jìn)出口溫度等等，只需將需要的項拖到右側(cè)顯示欄即可，顯示欄有各種圖表可以得出想要的圖表類型。

3、結(jié)論

本文簡要介紹了某輕客車型的空調(diào)制冷性能仿真分析方案，并從單體模型建立、系統(tǒng)模型建立方面進(jìn)行了說明；通過仿真分析數(shù)據(jù)與試驗數(shù)據(jù)對比結(jié)果表明可行性，該技術(shù)對于汽車的空調(diào)設(shè)計開發(fā)和驗證有著重要意義，大大提升產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)度和競爭力。

[1] 王若平.汽車空調(diào)[M].版本.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2007.6.

Application Of The Simulation And Analysis An AC System

Cui Jianwei, Cao Huangqin, Wang Haiping
（Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601）

The thesis introduces the application of the simulation and analysis in light-bus type.It elabotates the study process of cooling simulation by monomer model and one- dimensional analysis and three-dimensional analysis etc.The results prove that the technology is compeletly practicable.And the program also has important significance on the apply of other models.

simulation; One-dimensional; cooling

U467.3

A

1671-7988 (2017)05-60-04

崔建維，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.05.020