96-轿车空调冷凝器冷却气流数值模拟计算及优化

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1、第五届中国CAE工程分析技术年会论文集轿车空调冷凝器冷却气流数值模拟计算及优化陈博付杰(奇瑞汽车股份有限公司汽车工程研究院CAE部安徽芜湖241009)摘摘摘摘要要要要::::本文简述了冷凝器换热理论及其数值模拟方法，并应用STAR-CD软件对某款轿车发动机舱内流场进行了仿真分析，研究气体通过热交换器的流动过程，根据模拟发现的问题提出了三个改进方案，与原方案进行了流场对比分析，从中选出了一个改进效果明显的方案用于指导设计。关键词::::CFD、冷却气流、冷凝器、回流、数值分析NumericalSimulationan

2、dOptimizationofCoolingAirFlowthroughAutomobileA/CCondenserAbstract：：：ThetheoryofheatexchangeoftheA/Ccondenserandthemethodofnumericalsimulationaredescribed.TheairflowfieldofenginecompartmentissimulatedbyusingSTAR-CDsoftware.Theairflowthroughtheheatexchangerisinv

3、estigated.Basedonthesimulationresultthreeimprovementmethodsaredesignedandanalyzed,andthemostefficientmethodischosentoguidethedesign.Keywords:CFD,Coolingairflow,A/CCondenser,Recirculation,Numericalanalysis111、1、、、引言引言汽车空调作为提高乘坐舒适性的一种重要手段已成为举足轻重的汽车附件，其性能的好坏直接决定用户

4、的满意度。其中通过空调冷凝器的冷却气流能否及时带走制冷剂放出的热量对维持空调系统正常运行起到重要作用。但是发动机舱内空间狭小，周围部件多且几何形状[1]复杂，在这种情况下，合理地组织气流，保证充足的气流均匀地流过冷凝器，减少来自于发[2]动机舱后部的回流热空气等都是设计汽车的要点，这些都对工程师提出了巨大的挑战。汽车开发前期，不可能进行实车状态下的换热器进风量试验。采用数值模拟技术可在设计阶段较全面地预测冷却气流通过换热器的流动情况，获得流速、流态、压力等详尽的参数，从而为换热器模块的设计和优化提供了有力的支持。奇瑞

5、某款新开发轿车在虚拟验证过程中发现通过冷凝器的冷却风量偏低，并且在怠速工[3]况下热气回流的现象严重。针对此问题我们设计了几个改进方案，运用STAR-CD软件对各个方案进行分析，从中选取出一个最优方案。222、2、、、理论基础理论基础2.2.2.12.111、、、、冷凝器冷凝器换热理论进入冷凝器的制冷剂是高压的过热气体，向外放出热量后，首先降温至冷凝压力下的饱584第五届中国CAE工程分析技术年会论文集和温度，仍然是气态工质。然后，在冷凝压力下，因放出热量而逐渐冷凝成液体，温度保持不变。最后，继续放出热量，液态制冷剂

6、温度下降，成为过冷液体。从制冷循环图得知冷凝器的热交换能力Q应是蒸发器换热量和压缩机做功之和Q，实际上由于冷凝器布置、系统k0阻力等影响，汽车空调中应达到Q=.1(35~.155)Q。基本的换热公式表达如下：k0Q=K×F×Dt（1）其中：Q—换热量；F—换热面积；Dt—两种换热流体之间的温差；K—传热系数从公式（1）中可以看出，为了提高换热量，可以采用加大换热面积和传热温差、提高传热系数的方法。但是受汽车空间尺寸的限制，车用冷凝器的迎风面积往往不能做得足够大，传热温差也不易提高，而影响传热系数的因素比较多，其中包括

7、增大空气流速，在冷凝器已选定的情况下，增大冷却空气通过冷凝器的流速就成为一种提高换热性能的简便有效的方法。222.22.2.2.2、、、、数值求解方法数值求解方法基于所研究汽车运动的实际情况,可以认为汽车流场为三维、定常、等温、不可压粘性湍流流动,其控制方程为雷诺时均N-S方程，计算中求解连续性方程和动量方程。对于压力项和速度项之间的耦合关系采用SIMPLE算法。¶r¶+(ruj)=Sm（2）¶t¶x为使方程封闭,计算中采用的湍流模型为高雷诺数k-e湍流模型。壁面中采用非平衡态墙函数。¶k¶k¶m¶ktk方程：r+r

8、uj=+G-re（3）¶t¶x¶xs¶xjjkj2¶e¶e¶m¶eeete方程：r+ruj=+Ce1G-rCe2（4）¶t¶x¶xs¶xkkjjej2¶ui¶uj¶uie式中：G=mt+，mt=rCm，mt为涡粘性系数。¶xj¶xi¶xjk为了提高计算精度，对Press、Momentum等项均使用两阶迎风格式。333、3、、、分分分分析模型析模