汽车空调系统匹配计算11
一维仿真计算在汽车空调系统开发的应用
10.16638/ki.1671-7988.2021.08.027一维仿真计算在汽车空调系统开发的应用张志，阮先轸，席日成，胡珂（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州511031）摘要：文章以某PHEV车型空调系统为分析对象，利用一维仿真软件AMESim建立零部件模型、台架模型、整车瞬态降温模型，通过一维仿真计算结果与零部件测试数据、空调系统台架数据、整车空调制冷工况数据分析对比，表明一维仿真计算在汽车空调的开发中能够为性能目标达成的判断以及系统性能的研究提供支撑。
关键词：汽车空调；一维仿真；试验：制冷；AMESim中图分类号：U463.85+1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)08-86-04Application of one Dimensional Simulation Calculation in the Developmentof Automobile Air Conditioning SystemZhang Zhi, Ruan Xianzhen, Xi Richeng, Hu Ke（Guangzhou Automobile Research Institute, Guangzhou Automobile Group Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 511031）Abstract: This paper takes the air conditioning system of a PHEV vehicle as the analysis object, establishes the parts model, bench model, vehicle transient cooling model and heating model by using one-dimensional simulation software AMESim. By comparing the one-dimensional simulation results and test results of the air-conditioning system bench, vehicle air- conditioning refrigeration condition and vehicle heating condition, it shows that the one-dimensional simulation calculation is used in the development of automobile air-conditioning It can provide support for the judgment of performance goals and the research of system performance.Keywords: Automotive air conditioning; One dimensional simulation; Test; Cooling; AMESimCLC NO.: U463.85+1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)08-86-04前言汽车空调系统作为乘员舱车内空气调节的装置，用于舱内温度、湿度、流动及空气洁净度、新鲜度等因素调整和保持在最佳状态，为驾驶员及乘员提供舒适的乘坐环境。
汽车空调系统匹配计算
汽车空调系统匹配计算第一章概论1.1 汽车空调的作用及其进展汽车工业是我国的支柱产业之一，其进展必定会带动汽车空调产业的进展。
汽车空调作为空调技术在汽车上的应用，它能制造车室内热微环境的舒适性，保持车室内空气温度、湿度、流速、洁净度、噪声与余压等在热舒适的标准范围内，不仅有利于保护司乘人员的身心健康，提高其工作效率与生活质量，而且还对增加汽车行始安全性具有积极作用。
就世界上汽车空调技术进展的历史来看，其进展的速度也是惊人的。
1927年就诞生了较为简单的汽车空调装置，它只承担冬季向乘员供暖与为挡风玻璃除霜的任务。
直到1940年，由美国Packard公司生产出第一台装有制冷机的轿车。
1954年才真正将第一台冷暖一体化整体式设备安装在美国Nash牌小汽车上。
1964年，在Cadillac轿车中出现了第一台自动控温的汽车空调。
1979年，美国与日本共同推出了用微机操纵的空调系统，实现了数字显示与最佳操纵，标志着汽车空调已进入生产第四代产品的阶段。
汽车空调技术进展至今，其功能已日趋完善，能对车室进行制冷，采暖，通风换气，除霜（雾），空气净化等。
我国空调产业发长速度尽管较快，但是目前国内车用空调系统生产基本上仍是处于引进技术与开发、研究并举的阶段。
1.2 汽车空调的特点汽车空调使用的特殊性，决定了它在结构、材料、安装、布置、设计、技术要求等方面与普通空调，如建筑物空调，有着较大的差别：1）在动力源处理上，车用空调压缩机只能使用开启式的结构型式，这就带来空调系统轴封要求高，制冷剂容易泄漏的问题。
2）作为空调的对象，汽车车室容积狭小，人员密集，其热、湿负荷大，气流分布难以均匀，要求所选配的车用空调机组制冷量要大，能降温迅速。
3）当车用空调装置消耗汽车主发动机的动力时，务必考虑其对汽车动力也操纵性能的影响，也务必考虑车速变化幅度大或者变化频繁，给空调系统制冷剂流量操纵、制冷量操纵、系统设计带来的影响。
4）汽车本身结构非常紧凑，可供安装空调设备觉得空间极为有限，不仅对车用空调装置的外形、体积与质量要求较高，而且对其性能与选型也会带来影响。
中央空调配比计算公式表
中央空调配比计算公式表主要涉及到室内机和室外机的匹数（制冷量）之间的匹配关系。
具体计算步骤如下：
1.确定各房间的制冷量需求，根据房间面积和制冷量需求标准计
算得出。
例如，客餐厅每平方米需要制冷量230-250W，主卧每
平方米需要制冷量210-220W，其他房间每平方米需要制冷量
200-210W。
2.根据所有房间制冷量需求的总和，选择合适的外机匹数。
超配
比是内机制冷量之和除以外机制冷量，若小于等于1.3则符合
家装超配标准。
例如，超配比=内机制冷量之和/外机制冷量，如
果这个比例在1.3以内就是合理的，说明室内机制冷量总和没
有超过室外机的制冷量。
3.根据制冷量需求和超配比选择合适的外机型号，以确保室内机
制冷量和室外机制冷量相匹配。
例如，如果所有房间制冷量需
求的总和为15300W，可以选择外机型号为12000W或14000W，
根据超配比计算结果选择更划算的方案。
关于汽车空调的选型计算
关于汽车空调的选型计算（二）来源：中国论文下载中心 [ 09-09-14 15:40:00 ] 作者：未知编辑：studa090420目前已知进口干度为0.3，出口过热，因此平均干度χdo=（0.3+1.0）/2=0.65由此，可计算其余参数的平均值。
动力黏度μcore的平均值为μcore=[χ/μr+（1-χ）/μ1]-1=[0.65/11.446+（1-0.65）/266.78] -1=17.212 kg/（m·s）每一散热板制冷剂质量流量qmr,eq'= qmr/11=0.042/11=3.8182×10-3 kg/s散热板内孔的制冷剂质量流速qmr,A为qmr,A= qmr,eq'/（1/4·π·D2h，r）=0.0038182/[3.1416/4×（3.7265×10-3）2] kg/（m2·s）= 350.077kg/（m2·s）雷诺数Recore为Recore= qmr,A·Dh，r/μcore=350.077×3.7265×10-3/（17.212×10-6）=75794干度平均值为χdo=0.49+627 Recore-0.83=0.49+627×75794-0.83=0.54587由上面的计算可以看到，制冷剂干度从0.3～0.54587～1变化，后还有过热蒸气区。
因此很难准确估计每一阶段所占的百分比，只能凭经验估计。
在此，取过热蒸气区为20%，于是可以计算出干燥点之前的两相区约为28%，干燥点之后的两相区约占52%。
（1）干燥点之前的两相区，取χ=0.417，则在散热板内孔内，制冷剂气液两相均匀紊流工况的Lockhart-Martinelli数Xtt和关联系数F（Xtt）分别为Xtt =[（1-χ）/χ]1-W/2（ρl/ρv）0.5（μv/μl）n/2=[（1-0.417）/0.417]1-0.3/2（1285.86/15.712）0.5（11.446/266.78）0.3/2=7.5F（Xtt）=（1+2.30/ Xtt2）0.374=（1+2.30/7.5）0.374=1.0151制冷剂两相流折算成全液相时，在折算流速下的表面传热系数αl为αL=A[qmr，A（1-χ）Dh/μl]-hqmr，A（1-χ）cP1= 0.341[350.077（1-0.417）3.7265×10-3/266.78×10-6]-0.3×350.07×（1-0.417）13532.2 W/（m2·s）= 7966.028 W/（m2·s）制冷剂两相流的表面传热系数αr为αr=αLPRl0.296F（Xtt）=7966.028×3.9680.296×1.0151 W/（m2·s）=12160（2）过热区制冷剂侧的雷诺数Reeq，r，普朗特数Prv，努塞尔数Nu，表面传热系数av分别为Reeq，r= （qmr，ADh，r）/μv=（350.077×3.7265×10-3）/（11.446×10-6）=113950Prv=0.8471av=（Nu×λv）/Dh，r=（50722×12.034×10-3）W/（m3·k）=1638 W/（m3·k）（3）干燥点之后的两相区取χ=0.766，则把Xd0=0.5458带入干燥点之前的两相换热公式，计算得ad0=11165 W/（m2·s），于是ar为ar=av+{1-[（X-Xd0）/（1-Xd0）]1.5}×（ad0-av）= 1638+{1-[（0.766-0.54587）/（1-0.54587）]1.5}×（11165-1638）W/（m3·k）=7950 W/（m3·k）最后，平均表面传热系数可为ār =（12160×28%+7950×52%+1638×20%）W/（m3·k）=7866 W/（m3·k）5.3.7计算总传热系数及传热面积如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=0.0003（m3·k）/W，则传热系数k为k=1/[（1/ār）Aa/Ar+ra+1/aeq，a]= 1/[（1/7866）0.706555/0.113+0.0003+ 1/323.3] W/（m3·k）=238.777 W/（m3·k）对于对数平均温差为∆ tm=（Tal-Ta2）/ln{（Ta1-Te）/（Ta2-Te）}=（27-7.25）/ ln{（27-2）/（7.25-2）}℃=12.655℃由于板翅式蒸发器的流程较少，而且在流道转弯处制冷剂与空气成顺流流动形式，因此按纯逆流方式计算的对数平均温差偏大。
汽车空调系统参数匹配计算指南
− t1 )
计算指南》、R134a 制冷剂压焓图和空气焓湿图，计算空调系统中压缩机排气量、轴功率、冷凝器换热量、 蒸发风量、冷凝器风量等参数。 5 空调系统热力计算 5.1 空调系统热力循环图 5.1.1 空调系统压焓如下图 1 所示。
图 1 空调系统压焓图 1
5.1.2 过程描述 5.1.2.1 压缩过程——低温低压制冷剂气体被压缩机吸入，并被压缩成高温高压的制冷剂气体，这一过 程是以消耗机械功做补偿，压缩增压，以便气体液化。如图 1 中线 1-2 所示。 5.1.2.2 冷凝过程——制冷剂气体有压缩机排除后进入冷凝器。这一过程在压力和温度不变的情况下， 制冷剂由气态逐渐向液态转变。如图 1 中线 2-3-4 所示。 5.1.2.3 节流膨胀过程——高温高压的制冷剂液体经膨胀阀节流降温降压后进入蒸发器。该过程的作用 是制冷剂降温降压、调节流量、控制制冷能力。如图 1 中线 4-5 所示。 5.1.2.4 蒸发过程——制冷剂液体经膨胀阀降压后进入蒸发器，吸热制冷后从蒸发器出口被压缩机吸 入。此过程的特点是在压力不变的情况下，制冷剂由液态变为气态，如图 1 中线 5-0 所示。 5.1.2.5 图 1 中过程 0-1 为在蒸发器和压缩机之间，产生吸气过热的阶段，是通过回热循环，利用节流 前的制冷剂液体来加热回到压缩机的气体，从而产生液体过冷和吸气过热两种结果。液体过冷可以避免 因节流损失使少量制冷剂蒸发而产生的闪气现象。吸气过热可防止液滴被带入压缩机气缸内，从而避免 气缸中的液击（在一般空调系统中，没有回热循环过程，只有吸气过热过程）。 5.1.2.6 图 1 中过程 1-2s 为等熵过程，是理论上的压缩机绝热变化过程，但实际上，压缩过程不是完 全的绝热过程，其绝热指数也是不断变化的，因此，压缩机的实际工作过程为 1-2 状态点 2 的焓值可用 下式经验公式进行计算：
汽车空调制冷系统匹配设计
2、参数设定：根据汽车的实际使用环境和负荷要求，设定制冷系统的制冷 量、制冷剂流量、温度等参数。
3、设备选型：根据制冷系统的参数要求，选择合适的压缩机、冷凝器、蒸 发器等设备，并确保其性能和可靠性。
1、更高效的制冷技术：随着新材料和新技术的出现，未来汽车空调制冷系 统可能会采用更高效的制冷技术，提高制冷效果。
2、智能化控制：通过引入人工智能和大数据技术，实现汽车空调制冷系统 的智能化控制，提高驾乘人员的舒适性和经济性。
3、新能源驱动：随着新能源汽车的普及，未来汽车空调制冷系统可能会采 用新能源驱动，降低能源消耗和排放。
相关技术
汽车空调制冷系统匹配设计涉及到众多技术领域，包括热力学、流体动力学、 机械设计等。其中，热力学是汽车空调制冷系统的基础，涉及制冷剂的物性、热 力过程和热力学循环等；流体动力学则制冷剂在系统中的流动与传热特性；机械 设计则涉及到制冷剂的储存、压缩、冷凝和蒸发等设备的结构和运动。
系统设计
在进行汽车空调制冷系统匹配设计时，需要遵循以下步骤：
五、总结
汽车空调制冷系统的常见故障诊断和维修是非常重要的。通过了解故障现象 和掌握诊断方法，车主可以及时发现并解决故障问题，确保车内环境的舒适度和 行车安全。此外，车主还应注意空调制冷系统的日常维护，定期检查、清洗和更 换部件，以预防故障的发生。在维修时，应选择正规的维修店或4S店进行维修， 避免因操作不当导致故障加重或影响车辆的使用寿命。
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参考内容
汽车空调制冷系统是汽车的重要组成部分，它的作用是为乘客提供舒适的车 内环境。然而，当空调制冷系统出现故障时，车内环境可能会变得不舒适，甚至 影响行车安全。本次演示将介绍汽车空调制冷系统的常见故障及其诊断方法，帮 助车主更好地维护空调制冷系统。
汽车空调出风口与风道设计规范标准
对不同大小的车而言，由于系统风量大小不同，出风口的有效面积也不一样。
以下是对不同车型的出风口面积要求的参考信息。
大型轿车：出风口总有效面积至少达到160cm2 (最大推荐风量在140l/s左右)
中型轿车：出风口总有效面积至少达到140cm2 (最大推荐风量在125l/s左右)
小型轿车：出风口总有效面积至少达到120cm2 (最大推荐风量在110l/s左右)
出风口由装饰框（见图1-4）、面框（见图1-4）、壳体、风门、拨轮、拨钮、连杆、叶片等部件组成
型式
造型设计人员造型，与产品工程人员一起确定出风口的型式，般地，吹脸出风口有以下两种型式：
桶型出风口
经济而简单。通常有一套可动的叶片和轴，整体可以绕轴转动。下图给出了几个例子。
双叶片型出风口。
比桶型出风口复杂，造型灵活多样，成本也较高。整体固定，有两套不同方向可动的叶片。见下图。
实践和经验加以判断。
2.3.3通风有效面积
出风口开口面积的估算方法：
由于出风口的叶片，连杆机构，拨杆，关闭风门的存在会挡住气流，所以真正有意义的开口面积应该是开口总面积减去被它们遮挡的面积，称之为有效面积。
不同类型的出风口的机构不同，有效面积的计算方法也不同。基于通常经验考虑，两种出风口的有效面积估算公式如下：
f)叶片，拨轮或拨钮，一般会被造型设计师定义成亚光零件
g)如果有关闭风门，当风门关紧时，手感及关闭声音应当明显可感知的。
h)调节拨轮与面板应当有适当的高度差，造型统一，既保持美观又要使得操作便易。
i)调节拨轮应当尽量避免使用纯塑料，尽可能地覆盖上橡胶材料，以获得良好的手感，操作手感应当平顺。拨轮上装饰材料应精细，质感好。
风门骨架：采用PP-TD30。
AMESim仿真技术在汽车空调制冷系统中的应用
AMESim仿真技术在汽车空调制冷系统中的应用丁玮;孙强;徐庆春【摘要】基于某车型的空调系统方案,采用AMESim软件先搭建并标定了该系统的零部件仿真模型,将零部件仿真性能与单体性能进行对比,验证了仿真的可靠性.随后搭建了该空调系统仿真模型,将系统仿真结果与系统台架试验数据进行对比,进一步验证了仿真的可靠性.最后研究了amesim在整车降温性能仿真上的应用,从结果来看仿真值与试验得到的驾驶舱乘员脚部平均温度值相符.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2015(000)008【总页数】4页(P74-77)【关键词】Amesim;整车降温;空调系统仿真;试验【作者】丁玮;孙强;徐庆春【作者单位】安徽江淮汽车股份有限公司,安徽合肥230601;安徽江淮汽车股份有限公司,安徽合肥230601;安徽江淮汽车股份有限公司,安徽合肥230601【正文语种】中文【中图分类】U467.3AMESim仿真技术在汽车空调制冷系统中的应用丁玮，孙强，徐庆春（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230601）摘要：基于某车型的空调系统方案，采用AMESim 软件先搭建并标定了该系统的零部件仿真模型，将零部件仿真性能与单体性能进行对比，验证了仿真的可靠性。
随后搭建了该空调系统仿真模型，将系统仿真结果与系统台架试验数据进行对比，进一步验证了仿真的可靠性。
最后研究了amesim在整车降温性能仿真上的应用，从结果来看仿真值与试验得到的驾驶舱乘员脚部平均温度值相符。
关键词：Am esim；整车降温；空调系统仿真；试验中图分类号：U467.3文献标识码：A文章编号：1671-7988(2015)08-74-04作者简介：丁玮，工程师，就职于安徽江淮汽车有限公司技术中心。
Simulation Technique of AMESim and Its Application in Performance Study of Automotive Air Conditioning systemDing Wei, Sun Qiang, Xu Qingchun( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )Abstract: To evaluate which solution of an automotive air conditioning system is better,a software named amesim was used to establish and calibrate the simulation models of automotive air conditioning components.The reliability of simulation was verified after comparing singe component simulation data with component experiment data. An automotive air conditioning system simulation was established using the components models built before, and the reliability of simulation was further verified after comparing system simulation data with systemexperiment data. Finally, the application of amesim in performance of automotive cooling capability was studied and the results indicate that the simulation data of cabin average temperature fitted the experimental data of carbin average foot temperature.Keywords: Amesim; Automotive cooling; System Simulation; Experiment CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)08-74-04引言汽车空调制冷系统的性能主要由两方面决定：一为构成系统的各零部件的性能；二为系统匹配的合理性[1]。
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吉利LG—1空调系统设计计算
3.1 汽车空调的工作原理
图3.1 汽车空调系统工作原理
1—压缩机 2—排气管 3—冷凝器 4—风扇 5、7——高压液管 6—干燥储液器8—膨胀阀 9—低压液管 10—蒸发
器 11—鼓风机 12—感温包 13—吸气管
3.2对微弛空调系统进行数据采集
本系统为仿制系统，外形尺寸于原装系统基本相当。
散热板及翅片示意图，由于为仿制所以测量尺寸不够精准，所以其各部分数据均需要验算。
1、蒸发器设计
散热板: 宽Wt=58mm，高Ht=2.5mm，铝板厚δt=0.5mm。
可得: 内部流道尺
寸 hH=Ht—2δt=1mm Wh=Wt—2δt=57mm
翅片：宽度Wf=58mm，高度Hf=8mm，厚δt=0.1mm。
翅片角度αl=36º，间距Lf=2mm。
2、冷凝器设计
冷凝器选用平行流式，散热层多孔扁管和翅片结构尺寸：
翅片宽度16mm，高度8mm，厚度0.135mm，翅片间距1.5mm，百叶窗角度27℃，扁管外壁面高度2mm，宽度16mm，分4个流层，扁管数目依次是14-9-7-5。
取迎面风速4.5m/s。
3．其他部分由于本身没采用进口件，而且对于本公司来说主要是选配。
所以没有仿制微弛。
空调系统设计计算
3.3 空调系统热负荷计算
1．空调系统冷负荷计算
本系统设计主要是估算冷负荷，以便压缩机的选配和两器的设计，本设计中主要是针对压缩机的选配，我们采用较容易确定的太阳辐射热QS和玻璃渗入热QG，他们的总合占系统的70%。
即可得总负荷，为了安全再取k=1.05的修正系数。
轿车一般的工况条件：
冷凝温度tc=63°，蒸发温度te=0°, 膨胀阀前制冷剂过冷温度△tsc =5°, 蒸发器出口制冷剂气体过热度△tsh=5,压缩机吸气温度ts=10°, 室外温度ti=35°, 室内温度t0=27°,轿车正常行驶速度ve=40km/h ,压缩机正常转速n=1800r/min.
太阳辐射热的确定
故而，机组制冷量取Q0=4000W。
即可
压缩机的选配
大部分汽车空调压缩机由发动机驱动，压缩机的转速与发动机呈一定的比例，在很大的范围内同步变化，再加上其固定是通过支架与发动机刚性的连接，工作条件非常的差，因此对汽车空调压缩机有比家用空调压缩机更高的要求。
1．确定压缩机的的排气压力，吸气压力，排气比焓及温度2．计算额定空调工况制冷系统所需制冷量。
3．将额定空调工况下制冷系统所需制冷量换算成压缩机所需制冷量
4．将额定空调工况下压缩机制冷量换算成测试工况压缩机制冷量
5．测试工况压缩机所需制冷剂单位质量流量qm,t为：6．确定测试工况下压缩机所需轴功率
7．根据压缩机的转速n的指定值和Qe,t，Pe,t，qm,t的计算结果粗选择压缩机的型号
8． SE5H14压缩机的校核
9．选定压缩机
冷凝器与蒸发器
冷凝器的设计较核计算:
由冷凝器散热量：
结论：结合我们的蒸发器，从理论上是符合要求的。
但为了安全起见，还需要用实验的数据来证明设计结果。
汽车空调各组成部件的安装匹配
在系统匹配的设计中，除应注意制冷系统内压缩机的选配，冷凝器,蒸发器的外形尺寸设计，膨胀阀和贮液干燥器等部件的相互匹配关系如何达到相互协调,尽量达到高效节能的效果，给部件匹配最佳,还应注意各换热器芯体与风机及其外壳
之间，分液头与各制冷剂管路之间的接合的工艺控制，以使整个系统在经常运行工况下，其空调性能和噪声等指标都得到最佳。
汽车空调装置主要由制冷系统，采暖系统，送风系统，控制系统组成。
为适应各种结构类型和用途汽车的匹配需要，汽车空调装置的组成也会不同。
汽车本身结构非常紧凑，可供安装空调设备的空间极为有限，对车用空调的外形体积和质量要求较高。
空调装置的结构，外观设计和布置不仅要与车身内饰和外观协调统一，保持整车的完美，还必须考虑其对汽车底盘，车身等结构件及汽车行驶稳定性，安全性的影响。
系统的其它主要部件的选择:
膨胀阀的设计:。