首页
时事
民生
政务
教育
文化
科技
财富
体娱
健康
情感
更多
旅行
百科
职场
楼市
企业
乐活
学术
汽车
时尚
创业
美食
幽默
美体
文摘
【热管理】电动汽车空调水冷式冷凝器的设计开发与实验研究
文摘
2024-10-12 17:32
上海
AUTO行家全面升级:覆盖新能源车、智能驾驶、内外饰及智能座舱前沿技术、产品、企业资讯,欢迎关注!
摘要:针对电动汽车空调间接式热泵系统的需要,设计了一款采用内翅片式结构的水冷式冷凝器,并进行了换热性能的实验研究,得到了换热量、冷却液流阻随冷却液流量的变化关系,制冷剂流阻随制冷剂流量的变化关系,制冷剂冷凝温度与冷却液入口温度之差与换热量的变化关系,不同摆放方式对换热量、冷却液流阻的影响,希望为有关从业人员提供帮助。
为了提高电动汽车冬季续航能力,热泵空调技术几乎成为当前纯电动汽车空调系统的标配。热泵空调系统分为直接式热泵系统和间接式热泵系统,直接式热泵系统比间接式热泵系统效率高,但间接式热泵系统也存在一定优势:一是减小空调箱改动,节省开发时间;二是取消PTC 空气加热器,改为PTC 水加热器,避免高压电进入乘客舱,安全性高;因此,很多车型采用了间接式热泵系统。水冷式冷凝器作为该系统的主换热器,其作用是将制冷剂热量传递到冷却液中,冷却液将这部分热量带到乘客舱,该换热器的性能优良直接影响整个热泵系统的COP 值。本文将探讨汽车空调水冷式冷凝器的设计开发与实验研究,为有关从业人员提供借鉴。
水冷式冷凝器特点
考虑车载换热器轻量化、紧凑化和低成本的需求,水冷式冷凝器一般采用钎焊式铝合金板式换热器(以下简称板换)结构。目前,该类型板换采用的板型主要有三种:人字波板型、点波式板型、内翅片式。其中,内翅片式板换具有流阻小、换热性能佳的优点,而被广泛采用,本文选择该类型板换为研究对象。
内翅片式板换主要由换热板片、内翅片、顶板、底板、法兰、水管等组成。其主要换热结构为层叠设置的换热板片组,换热板片带翻遍,钎焊后形成多个制冷剂和冷却液流道,两种流道交错相邻,流道腔体内布置有内翅片,起到强化传热的作用。为了获得较好的传热效果,冷却液与制冷剂的流动方向最好为逆流,同时考虑冷却液的流道分布较好且对流阻较为敏感,故冷却液侧一般采用单流程,制冷剂侧则采用单流程或者三流程居多,也有采用U型流的设置,本文不做探讨。
板换上常用的内翅片形式有:平直翅片、锯齿翅片、多孔翅片和波纹翅片等,其中锯齿形翅片具有较好的综合性能,因此作者推荐水冷式冷凝器的内翅片形式采用锯齿形。
国内外学者针对锯齿翅片展开了一系列实验研究,Kays 和London 等人对多种内翅片进行了系统性的实验研究,总结出了多种内翅片的传热与压降经验关联式;为了满足机油冷却器开发需要,张力、郭丽华、王彦超等人以水或机油为换热介质,对多种锯齿翅片进行了实验研究,提出了多个锯齿翅片的传热与压降经验关联式;另外,很多学者也对内翅片进行了很多数值模拟研究。但是上述研究大多局限于内翅片单流道的研究,且介质为水或油等不带相变的工况,而采用内翅片式板换结构的水冷式冷凝器却鲜有研究报道,其换热机理、选型设计和生产制造还存在诸多问题。
产品设计
本文以某纯电动汽车的水冷式冷凝器为例,介绍电动汽车空调水冷式冷凝器的设计要点。
根据客户要求,水冷式冷凝器尺寸不得超过允许的空间尺寸范围,重量≤1.2Kg, 性能要求:冷却液入口温度50℃,流量12L/min,制冷剂进气压力1.62MPaG,过热度25℃,过冷度5℃,要求换热量≥6KW,制冷剂流阻≤20KPa,冷却液流阻≤16.2KPa。
2.1 参数设计与设计选型
依据客户提供的边界,换热板片选择166mm*74mm板型,板片数量初步选择19 片,叠片高度为65mm,重量1.0Kg,如图1 所示。
图1 水冷式冷凝器
1- 顶板;2- 换热板片;3- 内翅片;4- 底板;5- 法兰;6- 水管
水冷式冷凝器主体采用铝合金材料,冲压件和管件采用成型性较好的3 系铝合金,法兰上攻有螺纹,采用强度较高的6 系铝合金。
2.2 翅片设计
作为影响换热性能的核心部件,翅片结构参数的选取非常重要。锯齿翅片按照介质流向不同,分为LPD 型和HPD 型,如图2 所示,为了获得较高的换热量,本文选择HPD型锯齿翅片作为研究对象。影响锯齿翅片性能的参数主要有:齿高h、齿距s、错齿距s0、齿开窗宽度b、齿厚t、齿形角α,如图3 所示。
图2 锯齿翅片的分类
图3 锯齿翅片的主要参数
h- 齿高;s- 齿距;s0- 错齿距;b- 齿开窗宽度;t- 齿厚;α- 齿形角
对于水冷式冷凝器,在芯体有效长、宽、高尺寸不变的情况下,齿高h 越小,换热量越高、流阻越大;齿距s 越小,换热量越高、流阻越大;错齿距s0/齿距s 的比值越小,换热量越高、流阻越大;齿开窗宽度b 越小,换热量越高、流阻越大;齿厚t 越小,换热量越高、流阻越小;齿形角α 越大,换热量越高、流阻越大。依据经验,为了平衡换热量和流阻需求,部分参数不宜过大或过小,齿高h 建议在1.4~3mm 之间取值,齿距s 建议在4.2~7.8mm 之间取值,错齿距s0/齿距s 的比值建议在0.2~0.3 之间取值。对于齿开窗宽度b,由于其值对流阻的影响较小,但对换热量的提升影响较大,所以建议越小越好,但考虑其值低于1mm时易损坏模具,所以建议在1.0~1.8mm之间取值。对于齿厚t,其值越小,换热量越高,流阻越小,同时重量越轻,所以建议越小越好,但考虑其值低于0.2mm 时翅片的抗塌陷性能难以保证,所以建议在0.2~0.4mm之间取值。齿形角α 的选取主要考虑可制造性和模具寿命,一般在70°~90°之间选取,主流是80°和90°。其中齿高h 和错齿距s0/齿距s 的比值对换热性能影响最大,需要重点关注。
由于客户对冷却液侧流阻要求较高,故选择齿高为3mm的锯齿翅片,以减小流阻,选取翅片参数如表1 所示。
表1 翅片参数表
实验研究
设计制作了水冷式冷凝器样件,进行换热性能测试,制冷剂为R134a,冷却液为50%乙二醇水溶液。指定制冷剂进气压力1.62MPaG,入口过热度25℃,出口过冷度5℃,冷却液入口温度50℃,通过调整压缩机转速和膨胀阀的开度,获得不同冷却液流量下的换热性能,实验结果见图4~6。
图4 换热量随冷却液流量的变化情况
从图4 可以看出,冷却液流量对换热量的影响较大,随着冷却液流量增加,换热量逐步增加,换热量与冷却液流量比值的0.58 次方成正比。
从图5 可以看出,随着冷却液流量增加,冷却液流阻逐步增加,冷却液流阻与冷却液流量比值的1.97 次方成正比。
图5 冷却液流阻随冷却液流量的变化情况
从图6 可以看出,随着制冷剂流量增加,制冷剂流阻逐步增加,制冷剂流阻与制冷剂流量比值的2.05 次方成正比。
图6 制冷剂流阻随制冷剂流量的变化情况
调整工况,分析不同温差下水冷式冷凝器的换热性能,所述温差是指制冷剂冷凝温度与冷却液入口温度之差。指定制冷剂入口过热度为25℃,出口过冷度为5℃,冷却液流量为10L/min,其余工况的选取见表2。
表2 测试工况表
从图7 可以看出,在相同的冷却液流量下,制冷剂冷凝温度与冷却液入口温度之差越大,换热量越大,并且当制冷剂冷凝温度与冷却液入口温度之差相同时,换热量比较接近。
图7 换热量随温差的变化情况
同一工况下,试样有6 种不同摆放,如图8 所示,分析不同的样件摆放方式对水冷冷凝器换热量、冷却液流阻的影响。
图8 水冷式冷凝器的六种摆放方式
C_in - 冷却液入口;C_out - 冷却液出口;R_in - 制冷剂入口;R_out - 制冷剂出口
从图9 可以看出,摆放方式一、二、三的换热量较高,换热量最低的为摆放方式五,换热量只有摆放方式三的79%。对于本水冷式冷凝器,不同的摆放方式对换热量的影响较大,合理的摆放有利于获得最佳性能。这主要是制冷剂在流道内分配不均匀造成的,可通过增加流程数来改善,虽然会增加流阻,但是考虑冷凝器一般可以接受较高的制冷剂流阻,所以制冷剂侧推荐采用多流程设计。至于冷却液侧,由于多流程设计对大大增加冷却液流阻,一般采用单流程设计。
图9 不同摆放方式换热量的变化情况
从图10 可以看出,对于本水冷式冷凝器,不同的摆放方式对冷却液流阻的影响很小,最大偏差只有2%。
图10 不同摆放方式冷却液流阻的变化情况
结论
综上所述,本文对使用内翅片式结构的电动汽车空调水冷式冷凝器进行了介绍,并对其传热特性进行了实验研究,得到了以下结论:
4.1 冷却液流量对换热量的影响较大,随着冷却液流量增加,换热量逐步增加,换热量与冷却液流量比值的0.58次方成正比。
4.2 随着冷却液流量增加,冷却液流阻逐步增加,冷却液流阻与冷却液流量比值的1.97 次方成正比。
4.3 随着制冷剂流量增加,制冷剂流阻逐步增加,制冷剂流阻与制冷剂流量比值的2.05 次方成正比。
4.4 在相同的冷却液流量下,制冷剂冷凝温度与冷却液入口温度之差越大,换热量越大,并且当制冷剂冷凝温度与冷却液入口温度之差相同时,换热量比较接近。
4.5 不同的摆放方式对换热量的影响较大,合理的摆放有利于获得最佳性能;但是对冷却液流阻的影响很小。
作者:郭震
美的集团(上海)有限公司
免责声明
本文所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题,请
第一时间告知,我们将根据您提供的证明材料确认版权并立即删除内容。
http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzkzNzIzNTQ3NA==&mid=2247610699&idx=2&sn=777d3791d8aef6393db76712c6447142
AUTO行家
新能源、汽车内饰、汽车安全技术、新材料等相关前沿资讯及技术分享,打造汽车行业在交流合作平台。
最新文章
【新闻速递】大众中国首席营销官被驱逐出境;长安汽车数智工厂正式挂牌量产;采埃EPB产量突破2.5亿;前宝马大咖加入广汽国际
瑞孚化工确认参展——10月溧阳热泵及储能热管理峰会
低空经济与固态电池“双向奔赴”
【热管理】汽车热管理集成控制器的设计
【新闻速递】 广汽与比亚迪“散伙”;比亚迪与《黑神话:悟空》合作;阿维塔为自动泊车吓到人致歉;索赔10亿,中创新航起诉宁德时代
倒计时10天!议程&名单首发-溧阳EV热泵及储能热管理即将启幕
上海佐竹确认参展——10月溧阳热泵及储能热管理峰会
倒计时10天!宁德时代/华为/海博思创/中车/时代星云/亿纬锂能/阳光电源等储能热管理专家溧阳相聚
【新闻速递】小米SUV最新谍照曝光;传苹果曾与比亚迪秘密合作;华为L3自动驾驶来了; 五菱之光EV通过申报;奔驰宝马充电站上线
【热管理】散热管型对汽车散热器传热性能的影响研究
韩国团队开发关键n型热电半导体技术, 通过回收低于200℃的废热来发电
【新闻速递】上汽原副总裁被公诉;国安部通报某境外企业非法测绘;哪吒汽车回应欠薪传闻;比亚迪直播抽60台车
【空调系统】电子膨胀阀对电动汽车空调系统的调节特性研究
【NVH】新能源驱动电机NVH开发研究分析
岚图申请电池热管理控制专利,实现最大化提升电池总成可用放电量
【新闻速递】问界M9事故回应;理想汽车第100万辆下线;欣旺达19亿匈牙利电池厂开工;深圳明确地下四层以下不设置充电区域
两款BMW新世代概念车首次集结,是宝马迈入电动化阶段的重要成果展示
法雷奥和马勒将无磁电机产品系列拓展至高端应用
磷酸铁锂电池前三季度累计装车量创新高
【新闻速递】比亚迪马达加斯加发布元Plus;中兴推出AI赋能的汽车设计一体机;小鹏P7公布预售价;LG开始175千瓦充电桩预订单
巴黎车展,中国车企强势亮相发布欧洲布局计划,法国总统马克龙去了小鹏展台
浙江恒睿丰确认参展——10月溧阳热泵及储能热管理峰会
【新闻速递】小米原型车纽北之旅泡汤;比亚迪成国内最大汽车集团;极氪副总裁车上吃火锅被吐槽;小鹏P7+电驱细节图首次公开
【电池】特斯拉推出4个版本的全干涂4680大圆柱电池,据说Cybercab已经搭载
【可下载】飞行汽车技术全景报告
【新闻速递】大众裁员最高N+6;蔚来第三品牌“萤火虫”剧透;上海格力汽车科技有限公司成立
【热管理】电动汽车空调水冷式冷凝器的设计开发与实验研究
科奥电磁确认参展——10月溧阳热泵及储能热管理峰会
吉利全新混动安全技术专利曝光有效防止高速失速
特斯拉Robotaxi定名Cybercab,没有方向盘和踏板,无雷达仅靠视觉摄像头!
报告议程 | 2024第五届热管理材料与技术大会
东芝(中国)确认参展——10月溧阳热泵及储能热管理峰会
吉利新能源将几何并入银河品牌,并推出合并后首款车型
【新闻速递】萝卜快跑计划落地香港;本田或调整电动汽车战略;理想汽车注册新商标“i”;沃尔沃汽车副首席执行官将离职
【声学包供应商汇总】吸声材料、隔声超材料阻尼片、隔振片、主动声音设计方案等产品供应商汇总
【热管理】一种燃料电池汽车空调智能热舒适控制策略
【新闻速递】五菱将制造电动K-CAR;知名车企原董事长被开除党籍;特斯拉将发布Robotaxi;极氪进入哥伦比亚市场
【充电桩】电动汽车直流充电桩散热系统优化分析
新能源“三电”成年检必检项目,推动车电分离模式发展
【新闻速递】反对欧盟加征高额关税;蔚来将在阿联酋开发全新车型;车企晒“金九”成绩;特斯拉召回Cyberturck
月度销量超越大众成为全球第二,盘点比亚迪都有哪些供应商
【电池】回收锂离子电池中损失的锂,用于废正极和负极的共再生
【NVH】基于同步燃烧分析与小波变换的车辆敲击异响分析
【抢先注册,限时免费】储能热管理-日程更新:聚焦储能技术的前沿发展,立足储能,新能源,低空飞行三位一体热管理技术的交叉应用!
北京现代要裁员30%?内部人士回应:报道完全不属实
日本开发新型胶粘剂 或将实现更轻和更节能车辆
福特汽车大调整
【电机】一种永磁同步电机声品质主观评价方法研究
现代和起亚开发磷酸铁锂技术
舍弗勒执行董事会发生多项人事变动
分类
时事
民生
政务
教育
文化
科技
财富
体娱
健康
情感
旅行
百科
职场
楼市
企业
乐活
学术
汽车
时尚
创业
美食
幽默
美体
文摘
原创标签
时事
社会
财经
军事
教育
体育
科技
汽车
科学
房产
搞笑
综艺
明星
音乐
动漫
游戏
时尚
健康
旅游
美食
生活
摄影
宠物
职场
育儿
情感
小说
曲艺
文化
历史
三农
文学
娱乐
电影
视频
图片
新闻
宗教
电视剧
纪录片
广告创意
壁纸头像
心灵鸡汤
星座命理
教育培训
艺术文化
金融财经
健康医疗
美妆时尚
餐饮美食
母婴育儿
社会新闻
工业农业
时事政治
星座占卜
幽默笑话
独立短篇
连载作品
文化历史
科技互联网
发布位置
广东
北京
山东
江苏
河南
浙江
山西
福建
河北
上海
四川
陕西
湖南
安徽
湖北
内蒙古
江西
云南
广西
甘肃
辽宁
黑龙江
贵州
新疆
重庆
吉林
天津
海南
青海
宁夏
西藏
香港
澳门
台湾
美国
加拿大
澳大利亚
日本
新加坡
英国
西班牙
新西兰
韩国
泰国
法国
德国
意大利
缅甸
菲律宾
马来西亚
越南
荷兰
柬埔寨
俄罗斯
巴西
智利
卢森堡
芬兰
瑞典
比利时
瑞士
土耳其
斐济
挪威
朝鲜
尼日利亚
阿根廷
匈牙利
爱尔兰
印度
老挝
葡萄牙
乌克兰
印度尼西亚
哈萨克斯坦
塔吉克斯坦
希腊
南非
蒙古
奥地利
肯尼亚
加纳
丹麦
津巴布韦
埃及
坦桑尼亚
捷克
阿联酋
安哥拉