韩光杰，梁永林，陶莹，史正玉

（1.安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601；2.河南速达电动汽车科技有限公司，河南 三门峡 472000）

平行流冷凝器的设计计算

韩光杰1，梁永林2，陶莹1，史正玉1

（1.安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601；2.河南速达电动汽车科技有限公司，河南 三门峡 472000）

文章以某开发车型为基础，设计以R134a为制冷剂的空气冷却式冷凝器。文中详细介绍了冷凝器的设计步骤，根据传热方程，计算出冷凝器的能力和迎风面积，从而进一步推算出冷凝器的实际面积和风阻，选择合适的冷凝器。

平行流；空气流量；传热系数；传热面积

CLC NO.: U461.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-20-03

前言

冷凝器的作用是使由压缩机排出的高温高压制冷剂与冷凝器外部的空气进行热交换，将高温高压气态制冷剂转变为高温高压的液态制冷剂，并把热量散发到车外环境中。平行流式冷凝器是目前汽车上使用最广泛的结构型式，由扁管和散热翅片组成。与其他冷凝器相比，单位体积热换能力，可提高 30%。

1、冷凝器设计计算步骤

1.1 计算由整车制冷量决定的冷凝器热负荷：Qc=Qe+Pi

式中Qc：冷凝器的热负荷（W）；Qe：整车制冷量，通常指设计工况下的制冷量（W）；Pi：压缩机消耗的指示功率（W）。

也可以采用如下简便形式：Qc=mQe

式中m—负荷系数，汽车空调一般选择m=1.4

2.2 计算冷凝器的换热量（传热方程）：Qc=KAoΔtm

式中K：传热系数[W/( m²·K)]；Ao：以外表面为基准计算的传热面积(m²)；Δtm：制冷剂和冷却介质（空气）的热传平均温差（K）。

2、冷凝器计算示例

已知某车型整车制冷量为5809W，故要求换热量Qc=1.4 ×5809w=8133w。冷凝器有5℃过冷，已知压缩机在过冷度te=5℃及冷凝温度tc=60℃时排气温度td=85℃，空气进风温度ta1=40℃。

2.1 计算制冷剂和空气流量

根据tc=60℃和td=85℃，以及te=5 ℃，查 HFC134a 热力性质表，可得排气比焓hd=456.5kj/kg，过冷液体比焓 hsc=278.7kj/kg。

故制冷剂质量流量qm，r为：

取进出口的空气温差Δta=12℃，空气密度ρa=1.091 kg/m³，cp，a= 1.01kj/(kg·℃)，空气的体积流量qv，a为：

2.2 结构初步规划

冷凝器采用平行流结构，多孔扁管截面与百叶窗翅片的结构型式，翅片宽度ωF=16mm，翅片高度hF=8.1mm，翅片厚度δF=0.135mm，翅片间距pF=1.4mm，百叶窗间距pL=1.1mm，百叶窗长度lL=6.5mm，百叶窗角度αL=27°，见图1。多孔扁管分4个内孔，每个内孔高度为2mm，宽度为3.35mm，扁管外壁面高度为3mm，宽度为ωT=16mm，分三个流程，扁管数目依次为12、8、5．取迎风面风速为va=4.5m/s。则计算如下：

图1 多孔扁管截面与百叶窗翅片的结构型式及尺寸示意图

每米管长扁管内表面积Ar为：Ar=[2×(2+3.35)×10-3] ×4 m²/m=4.28×10-2m²/m

每米管长扁管外表面积Ab，a为：Ab，a=2×(16+3)×10-3m ²/m=3.8×10-2m²/m

每米管长翅片表面积Af，a为：Af，a=2×8.1×10-3×18× 10-3/(1.4×0.001) m²/m=0.185 m²/m

每米管长总外表面积Aa为：Aa=Ab，a+Af，a=(3.8×10-2+0.185) m²/m=0.223 m²/m

百叶窗高度 hL为：hL=0.5×pL×tanαL=(0.5×1.1× tan27°)mm=0.2802mm

2.3 计算空气侧表面传热系数αa

根据已知条件，最小截面处风速va， max为：

查取空气的密度ρ=1.0715kg/m³，动力粘度μ=18.13× 10-6kg/(m·s)、热导率λ=2.765×10-2w/(m·k)、普郎特数Pr=0.71，计算雷诺数Re、传热因子j、努塞尔数Nu及空气侧表面传热系数αa如下：

由于 300

2.4 计算制冷剂侧表面传热系数αr

根据tc=60℃，查 HFC134a 饱和状态下的热力性质表和热物理性质图，可以求得：液态制冷剂密度ρl=1055.13kg/m³，气态制冷剂密度ρv=86.67kg/m³，液态制冷剂的动力粘度μl=135.35×10-6kg/(m·s)，液态制冷剂的热导率λl=66.64 ×10-6w/(m·k)；

由于冷凝器中制冷剂进口过热而出口过冷,因此计算制冷剂当量质量流量时,取平均干度χ=0.5，故当量质量流量qmr，eq为：

2.4.2 第二流程的参数计算

同理可计算得q‘mr，eq=3.6656×10-3kg/s，Reeq,r=13767，Nu=80.98，ar=2155w/（m²·k）

2.4.3 第三流程的参数计算

q‘mr，eq=5.865×10-3kg/s，Reeq,r=22027，Nu=117.95，ar=3138w/（m²·k）

2.5 如果忽略管壁热阻及接触热阻，忽略制冷剂侧污垢热阻，取空气侧污垢热阻ra=0.0003m2·k/w，则传热系数K为：

对数平均温差Δtm为：

所以所需传热面积(以外表面为基准)Ao为：

取L=0.880m

3、总结

以上是冷凝器的详细计算过程，由于数据、参数、经验值等较多，计算中难免会出现一些错误，需要反复计算。根据以上计算数据可以得出冷凝器的换热能力和迎风面积，由这些我们可以进一步确定冷凝器的实际面积和风阻，以便进行整车数据布置及校核。

[1] 彦启森,石文星,田长青.空气调节用制冷技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.

[2] 邱嘉昌,刘黄炳.蒸发式制冷器的特点及应用[J].小氮肥.2006 (3):6-8.

[3] 余建祖.换热原理与设计[M].北京：北京航天航空大学出版社. 2006:25-27.

[4] 中国汽车技术研究中心情报所.中国制冷空调工业协会.汽车空调技术数据与维修手册[M].1996,2.

[5] 刑惠娟.汽车空调用全铝平流式冷凝器的研究[D].北京:清华大学, 1995.

[6] 吴凯东.蒸发式冷凝器在空调系统的应用[J].机电信息,2009（16）, 49-52.

Design and Calculation of Parallel Flow Condenser

Han Guangjie1, Liang Yonglin2, Tao Ying2, Shi Zhengyu2
（1. The Center of Technology of Jianghuai Automobile Co. Ltd., Anhui Hefei 230601；2. Henan Suda electric Technology Co. Ltd., Henan Sanmenxia 472000）

In this paper, cased on a development model, the design of R134a ail cooling condenser. The design procedure of the condenser is introduced in detail, and the heat transfer capacity and the windward area ara calculated according to the heat transfer equation.In order to calculate the condenser area and the actual drag,select the appropriate condenser.

Parallel Flow; Air flow; Heat transfer coefficient; Heat transfer area

U461.9

A

1671-7988 (2017)10-20-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.008

韩光杰，男，（1987.12-），电气设计主管，就职于安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，从事汽车空调及线束系统的开发设计工作。