汽车空调平行流式冷凝器优化换热的数值模拟

摘要

平行流式冷凝器是由管带式冷凝器发展演变而来的一种高效紧凑式换热器，其由扁管和波纹形翅片组成，平流式冷凝器比其它形式的冷凝器具有更好的换热能力，因为换热器的热阻主要在空气侧，新型平行流换热器正是通过增大单位容积内空气侧换热面积来强化传热，使得单位迎风面积换热量和总换热量得以提高。本文在介绍国内外平行流式冷凝器的研究进展以及发展趋势的基础上，通过数值模拟的方法对一种给定参数的平行流式冷凝器进行强化传热的分析和研究，为平行流式冷凝器的优化设计提供一定的参考。 本文对平行流式冷凝器的传热机理作了理论分析，应用FLUENT软件对翅片跟扁管进行模拟，并重点对风速、翅片高度、翅片间距、翅片厚度、接触面宽度、扁管微通道形状、扁管孔数、扁管孔径比八个影响平行流式冷凝器换热的参数进行数值模拟，分析这些参数对传热系数、换热量和压降的影响，得出提高平行流式冷凝器换热能力的方法和途径。结果表明：提高空气侧的迎面风速，可以增大换热量。但对于给定结构的冷凝器，都会有一个临界风速；对于平行流式冷凝器，当扁管根数和宽度不变时，在一定范围内，应采用较小的翅片高度；在一定范围内，减小翅片间距对传热是有利的；翅片厚度的选择相对比较复杂，要综合考虑多方面的因素，要综合使用工况和材料利用率，选取合适的翅片厚度；适当的接触面宽度有利于翅片侧的换热，同时也会降低对生产工艺的要求；多孔三角形微通道的换热性能低于多孔矩形微通道，建议在较低冷凝压力时尽量使用多孔矩形微通道；在扁管宽度不变时，增大扁管孔数，有利于冷凝传热系数的提高；在相同的换热面积下，扁管孔越细长，换热效果越好。

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文摘

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第一章绪论

1.1汽车空调概述

1.1.1汽车空调的历史

1.1.2汽车空调的组成

1.1.3汽车空调的发展方向

1.2汽车空调冷凝器类型特点

1.3平流式冷凝器的研究现状

1.4本论文的目标及主要工作

1.4.1本论文的目标

1.4.2本论文的主要工作

1.5本章小结

第二章理论分析

2.1对流传热概述

2.2流动与传热控制方程

2.2.1质量守恒方程(连续性方程)

2.2.2动量守恒方程

2.2.3能量守恒方程

2.2.4湍流方程(K方程、e方程)

2.2.5控制方程的通用形式

2.3控制方程的离散化

2.4强化平行流式冷凝器传热理论

2.5平行流式冷凝器的数学模型

2.5.1基本假设

2.5.2数学模型

2.5.3空气侧

2.5.4管内制冷剂侧

2.6本章小结

第三章数值模拟

3.1数值模拟方法及工具介绍

3.1.1有限元法

3.1.2 CFD简介

3.1.3 FLUENT软件简介

3.2翅片物理模型的建立

3.2.1翅片模型

3.2.2翅片数值模拟参数设置

3.3扁管物理模型的建立

3.3.1扁管数值模拟参数设置

3.4本章小结

第四章翅片和扁管的结构参数模拟研究

4.1风速对传热性能的影响

4.2翅片高度对传热性能的影响

4.3翅片间距对传热性能的影响

4.4翅片厚度对传热性能的影响

4.5接触面宽度对传热性能的影响

4.6微通道形状对传热性能的影响

4.7微通道孔数对传热性能的影响

4.8微通道孔径比对制冷剂侧传热性能的影响

4.9模拟结果验证

4.10本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

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