集成上凸式稳压配流汽车冷凝器仿真评价与优化设计方法

摘要

本发明公开了一种集成上凸式稳压配流汽车冷凝器仿真评价与优化设计方法，包括控制散热扁管插入第一集流管的深度，使散热扁管在第一集流管中的插入深度呈上凸曲线方式变化，散热扁管插入深度的下降量呈自然常数e的指数函数分布，设计多组不同的上凸曲线；建立多组N根散热扁管插入深度按不同上凸曲线分布的冷凝器流域仿真模型，对仿真流域进行网格划分，设置流体介质为气态水，根据需求控制流域进口截面流场流速，进行CFD仿真，得到冷凝器流域所有部位流场流速分布数据；采集散热扁管出口的流场流速，得到冷凝器所有散热扁管整体出口处流场流速分布标准差；比较所有仿真模型散热扁管出口处流场流速分布标准差，选出流速分布标准差最小的设计方案。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车冷凝器技术领域，尤其涉及一种集成上凸式稳压配流汽车冷凝器仿真评价与优化设计方法。

背景技术

汽车冷凝器是汽车空调系统的重要组成部分，主要用于冷凝高温高压制冷剂。制冷剂进入冷凝器第一集流管后，靠近进气孔的散热扁管进口流场流速较高，通过的气态制冷剂较多，而远离进气孔的散热扁管通过的高温气态制冷剂较少，导致整个冷凝器的散热扁管工作程度不一致，靠近进气孔的散热扁管损耗比较严重，无法在有效工作寿命内最大化使用汽车冷凝器。因此，需要一种能够平衡冷凝器各个扁管通过流场流速、提高冷凝器整体工作效率的汽车冷凝器。

目前国内汽车冷凝器的结构形式主要为平行流散热结构，扁管插入深度一致，靠近进气孔的散热扁管流速高，通过的冷凝剂较多，远离进气孔的散热扁管通过的制冷剂较少，造成汽车冷凝器不容部位散热扁管工作程度不一致，冷凝器工作效率无法达到最大化。

CN202304131U提供了一种紧凑型高换热性能平行流冷凝器，在同样迎风面积下，换热性能较现有的冷凝器提高了40％以上，但并没有从冷凝器本质结构上作出实质性的性能提升，对于没有迎风面积限制的冷凝器来说，提升效果不明显；如CN110285608A提供了一种新能源汽车热泵系统的外置冷凝器，通过改变冷凝液的流程来提高冷凝器的工作效率，但局部散热管还是存在流场流速不一致，散热管使用程度不均匀的现象。

1)、“紧凑型高换热性能平行流冷凝器”，专利号CN202304131U。该公开了一种紧凑型高换热性能平行流冷凝器，包括集液器、进口压板、翅片、扁管、边板、储液罐、出口管组件和支撑脚，压板之间平行设置有若干排扁管，扁管之间设置有翅片，所述支撑脚设置在边板上，所述扁管宽度为10～20mm，厚度为1.0～2.0mm，扁管横截面有10～22个孔；翅片宽度为10～20mm，高度是4～8mm，集液器的扁管槽节距是5.0mm～10.0mm。该实用新型紧凑型高换热性能平行流冷凝器在同样迎风面积下，换热性能较现有的冷凝器提高了40％以上，而且风阻能满足使用的要求，解决了在迎风面积小的情况下，要求冷凝器有高的换热性能的问题，但其对于没有迎风面积限制的冷凝器来说，提升效果不明显。

2)、“一种新能源汽车热泵系统的外置冷凝器”，专利号CN110285608A。该发明提供提供了一种新能源汽车热泵系统的外置冷凝器，包括独立设置的第一流程与第二流程，所述第一流程和第二流程内均设有扁管；所述第一流程包括第一流程进口与第一流程出口，第一流程进口与第一流程出口通过扁管连通；所述第二流程包括第二流程进口与第二流程出口，第二流程进口与第二流程出口通过扁管连通；所述第一流程出口与所述第二流程进口通过引流管相连通，用于将第一流程的冷媒引流至第二流程。该发明将传统冷凝器上进下出的方式改成了下进上出，通过引流管代替，使冷媒流量的分布更加均匀，但局部散热管还是存在流场流速不一致，散热管使用程度不均匀的现象。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种集成上凸式稳压配流汽车冷凝器仿真评价与优化设计方法，优化散热扁管的流场流速分布，提高散热扁管的综合利用率，进而延长汽车冷凝器的使用寿命。

本发明的目的通过以下的技术方案来实现：

一种集成上凸式稳压配流汽车冷凝器仿真评价与优化设计方法，包括：

A将散热扁管插入第一集流管并控制插入深度，使散热扁管在第一集流管中的插入深度呈上凸曲线的方式变化，且散热扁管插入深度的下降量呈自然常数e的指数函数分布，设计多组不同的上凸曲线；

B建立多组N根散热扁管插入深度按不同上凸曲线分布的冷凝器流域仿真模型，对仿真流域进行网格划分，设置流体介质为气态水，根据需求控制流域进口截面流场流速，进行CFD仿真，得到冷凝器流域所有部位的流场流速分布数据；

C采集每一根散热扁管出口的流场流速，计算得到冷凝器所有散热扁管整体的出口处流场流速分布标准差；

D比较所有仿真模型散热扁管出口处流场流速分布标准差，选出流速分布标准差最小的设计方案。

与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：

该方法增大了靠近进气孔散热扁管的进气阻力，减少其进气量，而远离进气孔的散热扁管可以相应地提高进气量，优化散热扁管的流场流速分布，提高散热扁管的综合利用率，提高了汽车冷凝器扁管整体的制冷效果，延长汽车冷凝器的使用寿命。

附图说明

图1是集成上凸式稳压配流汽车冷凝器仿真评价与优化设计方法工作流程图；

图2是集成上凸式稳压配流汽车冷凝器仿真评价与优化设计方法程序框架图；

图3是19根散热扁管呈上凸曲线分布汽车冷凝器的仿真模型示意图；

图4是19根散热扁管呈上凸曲线分布汽车冷凝器仿真模型的俯视全剖视图；

图5是3组15根散热扁管呈不同上凸曲线分布汽车冷凝器的流域模型图；

图6是集成上凸式稳压配流汽车冷凝器扁管出口仿真结果采样示意图；

图7是集成上凸式稳压配流汽车冷凝器扁管出口流场流速采样结果曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。

如图1和图2所示，为集成上凸式稳压配流汽车冷凝器仿真评价与优化设计方法工作流程，包括：设计散热扁管插入深度逐个下降且下降量不断增大的汽车冷凝器、仿真计算出冷凝器内部流场流速分布、采集散热扁管出口流场流速分布标准差、基于流场流速分布标准差数据选出最稳定的优化设计方案，具体包括如下步骤：

步骤10控制散热扁管104插入第一集流管103的深度，使散热扁管104在第一集流管103中的插入深度呈上凸曲线的方式变化，扁管插入深度的下降量呈自然常数e的指数函数分布，设计多组不同的参数集合，具体包括：最大插入深度D

如图3、图4所示为19根散热扁管呈上凸曲线分布汽车冷凝器的仿真模型，图中流域进口101、流域出口102、第一集流管103、散热扁管104、第二集流管105、干燥瓶106、第一隔板107、第二隔板108；如表1所示，设计了三组D

表1

步骤20建立多组N根散热扁管插入深度按不同上凸曲线分布的冷凝器流域仿真模型，对仿真流域进行网格划分，设置流体介质为气态水，根据需求控制流域进口截面流场流速，进行CFD仿真，得到冷凝器流域所有部位的流场流速分布数据。

如图5所示为3组19根散热扁管呈不同上凸曲线分布汽车冷凝器的流域模型；设置流体介质为气态水，根据实际需求控制流域进口截面流体流速为2m/s，流域出口截面流体压强为0，仿真收敛标准为流场流体连续性残差小于10

步骤30采集每一根散热扁管出口的流场流速分布，计算得到冷凝器散热扁管出口处流场流速分布标准差，具体包括：

在散热扁管出口端面处，获取每一根散热扁管出口端面宽度中线经过流域的流场流速，设扁管末端截面上部圆弧顶端为原点，设中线穿过原点指向下部圆弧顶端为正方向，设L为中线上一点距原点的距离，υ为中线上L处的流体压强，由此可得第i根散热扁管出口流速关于散热扁管端面中线长度的变化曲线：

υ＝f

第i根散热扁管出口端面平均流场流速为出口端面中线穿过流域流场流速的平均值，设L

设仿真模型的散热扁管根数为N，则N根散热扁管出口总体流场流速的平均值

所述散热扁管出口流场流速标准差σ

如图6所示，在虚线位置处采集散热扁管出口端面的流场流速，单个散热扁管出口采集的数据曲线如图7所示，同理，可采集完三组19根散热扁管呈不同上凸曲线分布汽车冷凝器的流域模型变深度扁管出口处的流场流速分布曲线，代入上述公式可以计算出三组仿真模型述散热扁管出口处流场流速分布标准差σ

步骤40比较所有仿真模型散热扁管出口处流场流速分布标准差，选出流速分布标准差最小的设计方案，具体包括：

比较所有仿真模型散热扁管出口流场流速标准差时，设第j个模型的出口流场流速标准差为σ

σ

所得出口流场流速标准差最小的设计方案稳定性最好。

三组仿真模型中，σ

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。