CN110598322B - 一种集成下凸式稳压配流汽车冷凝器仿真评价与优化设计方法 - Google Patents

一种集成下凸式稳压配流汽车冷凝器仿真评价与优化设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种集成下凸式稳压配流汽车冷凝器仿真评价与优化设计方法，包括：控制散热扁管插入集流管的深度，使散热扁管在集流管中的插入深度呈下凸曲线的方式变化，扁管插入深度的下降量呈递减等差数列分布，设计多组不同的下凸曲线；建立多组N根散热扁管插入深度按不同下凸曲线分布的冷凝器流域仿真模型，并将冷凝器流域划分为以四面体为主的混合网格，设置流体介质为气态水，根据需求控制流域进口截面流体流速，进行CFD仿真，得到冷凝器流域所有部位的流体压强数据；采集每一根散热扁管进口的流体压强分布，计算得到冷凝器散热扁管进口处流体压强的标准差；比较所有仿真模型散热扁管进口处流体压强的标准差，选出压强标准差最小的设计方案。

Description

一种集成下凸式稳压配流汽车冷凝器仿真评价与优化设计方法
技术领域
本发明涉及汽车冷凝器领域，尤其涉及一种集成下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中液化冷却高温高压制冷剂的主要构件，高温高压制冷剂在进入冷凝器集流管中，靠近进气阀的散热扁管进口流体压强较高，通过的制冷剂蒸气较多，扁管温度偏高，而远离进气阀的散热扁管通过的高温蒸气较少，扁管温度偏低，扁管散热作用不明显，整体表现出散热扁管工作程度不均匀，降低部分扁管的使用寿命且无法最大化使用冷凝器。因此，需要一种能够平衡冷凝器各个扁管进口流体压强、提高冷凝器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，靠近进气阀的散热扁管通过的制冷剂较多，远离进气阀的散热扁管通过的制冷剂较少，造成散热扁管工作程度不均匀，冷凝器的工作效率达到最大化。现有专利提及的关于提高汽车冷凝器工作效率的方法，如CN109373643A提供了一种汽车空调平行流冷凝器，通过加装防尘网降低冷凝器外部附着的灰尘量提高冷凝器的制冷效果，但并没有从冷凝器本质结构上作出实质性的性能提升，对于染尘较少的冷凝器来说，提升效果不明显；如CN209101622U提供了一种逆流冷凝器，增加了加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进口流体压强不一致，散热管使用程度不均匀。
1)、“一种汽车空调平行流冷凝器”，专利号CN109373643A。该公开了一种汽车空调平行流冷凝器，包括冷凝器本体，所述冷凝器本体左侧的底部固定连通有排液管，所述冷凝器本体右侧的顶部固定连通有导液管，排液管和导液管的外表面均活动套接有第一框架和第二框架，所述第一框架和第二框架之间活动连接，所述第一框架和第二框架内壁的两侧均固安装有横板，该汽车空调平行流冷凝器，通过设置风机和防尘网，由于防尘网的作用将会阻挡进入汽车内部的灰尘，从而防止了冷凝器本体的外表面附着灰尘，同时提高了冷凝器本体的制冷效果。该方法提供了一种平行流汽车空调冷凝器,可通过控制冷凝器的染尘量，提高冷凝器的制冷效果，但对于染尘较少的冷凝器，效果不如从内部流域改善散热扁管利用率明显。
2)、“逆流冷凝器”，专利号CN209101622U。该发明提供提供了一种结构紧凑，提高冷凝效率的逆流冷凝器。包括通过扁管连通的左集液管和右集液管，所述左集液管的两端和右集液管的两端均设有密封盖，所述扁管上设有若干翅片，所述左集液管设有进口和出口，所述右集液管上设有干燥瓶，所述干燥剂袋设于本体内，位于过滤网上部。本实用新型充分换热，提高制冷效果，可以有效的应对车身前端复杂的环境。该方法提供了一种逆流冷凝器，可通过增加冷凝液的流程来提高冷凝器的工作效率，但无法平衡散热扁管进口处的压强分布，无法平均散热管的使用程度。
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下凸式稳压配流汽车冷凝器仿真评价与优化设计方法，优化散热扁管的流体压强分布，提高散热扁管的利用率，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：
一种集成下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、控制散热扁管插入集流管的深度，使散热扁管在集流管中的插入深度呈下凸曲线的方式变化，扁管插入深度的下降量呈递减等差数列分布，设计多组不同的下凸曲线；
B、建立多组N根散热扁管插入深度按不同下凸曲线分布的冷凝器流域仿真模型，将流域划分为以四面体为主的混合网格，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，进行CFD仿真，得到流域所有部位的流体压强数据；
C、采集每一根散热扁管进口的流体压强分布，计算得到冷凝器散热扁管进口处流体压强的标准差；
D、比较所有仿真模型散热扁管进口处流体压强的标准差，选出压强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阀散热扁管的进气阻力，减少其进气量，而远离进气阀的散热扁管可以相应地提高进气量，优化散热扁管的流体压强分布，提高散热扁管的利用率，提高了汽车冷凝器的制冷效果，延长汽车冷凝器的使用寿命。
附图说明
图1是集成下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2是集成下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15根散热扁管呈下凸曲线分布汽车冷凝器的流域模型；
图4是3组15根散热扁管呈不同下凸曲线分布汽车冷凝器的流域模型；
图5是集成下凸式稳压配流汽车冷凝器流域划分网格的细节图；
图6是集成下凸式稳压配流汽车冷凝器流域仿真结果采样示意图；
图7是集成下凸式稳压配流汽车冷凝器流域仿真结果采样细节图；
图8是集成下凸式稳压配流汽车冷凝器流域仿真结果散热扁管进口流体压强采样曲线。
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，为集成下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减小的汽车冷凝器、以四面体混合网格建模计算出冷凝器内部流场、采集扁管进口压强分布标准差、基于流场压强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插入集流管103的深度，使散热扁管104在集流管103中的插入深度呈下凸曲线的方式变化，扁管插入深度的下降量呈递减等差数列分布，设计多组不同的参数集合，具体包括：深度下降量的最大值Dmax、等差数列的公差dx、插入深度最大扁管的插入深度hmax。
如图3所示为15根散热扁管呈不同下凸曲线分布汽车冷凝器的流域模型，图中流域进口101、流域出口102、集流管103、散热扁管104；如表1所示，设计了三组Dmax、dx、hmax的具体数值。
表1
Figure BDA0002200513230000041
步骤20建立多组N根散热扁管插入深度按不同下凸曲线分布的冷凝器流域仿真模型，将流域划分为以四面体为主的混合网格，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，进行CFD仿真，得到流域所有部位的流体压强数据；
如图4所示为三组15根散热扁管呈不同下凸曲线分布汽车冷凝器的流域模型；如图5所示为集成下凸式稳压配流汽车冷凝器流域划分网格的细节图，设置流体介质为气态水，设置流域进口截面流体流速为0.3m/s，入口压力为20kPa出口流量与入口流量一致；仿真收敛标准为出口流速和压力平均残差小于10-4或仿真迭代计算次数达到1000次。
步骤30采集每一根散热扁管进口的流体压强分布，计算得到冷凝器散热扁管进口处流体压强的标准差，具体包括：
在散热扁管进口端面处，获取每一根散热扁管进口端面宽度中线经过流域的流体压强，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H为中线上一点距原点的距离，P为中线上H处的流体压强，由此可得一条压强关于散热扁管端面中线长度的变化曲线：
P＝fTi(H)
第i根散热扁管进口端面平均流体压强为进口端面中线穿过流域流体压强的平均值，设Hz为中线的总长度，finTi(H)为散热扁管进口取样压力变化曲线，则第i根散热扁管进口端面平均流体压强PinTi的计算方式为：
Figure BDA0002200513230000051
设仿真模型的散热扁管根数为N，则散热扁管进口处流体压强的平均值
Figure BDA0002200513230000052
的计算方式为：
Figure BDA0002200513230000053
所述散热扁管进口处流体压强标准差σin的计算方式为：
Figure BDA0002200513230000054
如图6和图7，采集散热扁管进口端面的流体压强，采集的数据曲线如图8所示，同理，可采集完三组15根散热扁管呈不同下凸曲线分布汽车冷凝器的流域模型所有扁管进口处的流体压强分布曲线，代入上述公式可以计算出三组仿真模型述散热扁管进口处流体压强标准差σin分别为σin-1＝2.7356、σin-2＝3.154、σin-3＝3.35689
步骤40比较所有仿真模型散热扁管进口处流体压强的标准差，选出压强标准差最小的设计方案。具体包括：
比较所有仿真模型的计算结果时，设y为仿真模型数量，则所述散热扁管进口处流体压强标准差最小的仿真模型，其标准差σin-min应满足公式
σin-min＝min(σin-1,σin-2,...,σin-y)
所得进口流体压强标准差最小的设计方案稳定性最好。
三组仿真模型中，σin-min＝min(σin-1,σin-2,σin-3)＝σin-1，故组别1对应的设计方案稳定性最好。
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。

Claims (5)

1.一种集成下凸式稳压配流汽车冷凝器仿真评价与优化设计方法，其特征在于，所述方法包括：
A、控制散热扁管插入集流管的深度，使散热扁管在集流管中的插入深度呈下凸曲线的方式变化，扁管插入深度的下降量呈递减等差数列分布，设计多组不同的下凸曲线；
B、建立多组N根散热扁管插入深度按不同下凸曲线分布的冷凝器流域仿真模型，并将冷凝器流域划分为以四面体为主的混合网格，设置流体介质为气态水，根据需求控制流域进口截面流体流速，进行CFD仿真，得到冷凝器流域所有部位的流体压强数据；
C、采集每一根散热扁管进口的流体压强分布，计算得到冷凝器散热扁管进口处流体压强的标准差；
D、比较所有仿真模型散热扁管进口处流体压强的标准差，选出压强标准差最小的设计方案；
控制散热扁管插入集流管的深度，使散热扁管在集流管中的插入深度呈下凸曲线的方式变化，扁管插入深度的下降量呈递减等差数列分布，设计多组不同的参数集合，具体包括：深度下降量的最大值Dmax、等差数列的公差dx、插入深度最大扁管的插入深度hmax；
设计了三组Dmax、dx、hmax的具体数值；
建立多组N根散热扁管插入深度按不同下凸曲线分布的冷凝器流域仿真模型，将流域划分为以四面体为主的混合网格，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，进行CFD仿真，得到流域所有部位的流体压强数据；
设置流体介质为气态水，设置流域进口截面流体流速为0.3m/s，入口压力为20kPa出口流量与入口流量一致；仿真收敛标准为出口流速和压力平均残差小于10-4或仿真迭代计算次数达到1000次；
采集每一根散热扁管进口的流体压强分布，计算得到冷凝器散热扁管进口处流体压强的标准差，具体包括：
在散热扁管进口端面处，获取每一根散热扁管进口端面宽度中线经过流域的流体压强，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H为中线上一点距原点的距离，P为中线上H处的流体压强，由此可得一条压强关于散热扁管端面中线长度的变化曲线。
2.如权利要求1所述的集成下凸式稳压配流汽车冷凝器仿真评价与优化设计方法，其特征在于，所述A中，控制散热扁管插入集流管的深度；具体为：
设散热扁管共有N根，令最靠近进气阀的散热扁管为第1根，最远为第N根，则从第1根～第N根散热扁管在集流管中的插入深度呈下凸曲线，且扁管插入深度的下降量呈递减等差数列分布；
设第1根扁管具有最大插入深度hmax，第N根扁管具有最小插入深度hmin，第1根散热扁管与第2根散热扁管之间的深度下降量D1-2为深度下降量的最大值Dmax，等差数列的公差为dx，则第n根散热管的插入深度hn为：
Figure FDA0004007759320000021
3.如权利要求1所述的集成下凸式稳压配流汽车冷凝器仿真评价与优化设计方法，其特征在于，压强关于散热扁管端面中线长度的变化曲线的计算公式为：
P＝fTi(H)。
4.如权利要求1所述的集成下凸式稳压配流汽车冷凝器仿真评价与优化设计方法，其特征在于，所述C中第i根散热扁管进口端面平均流体压强为进口端面中线穿过流域流体压强的平均值，设Hz为中线的总长度，finTi(H)为散热扁管进口取样压力变化曲线，则第i根散热扁管进口端面平均流体压强PinTi的计算方式为：
Figure FDA0004007759320000022
设仿真模型的散热扁管根数为N，则散热扁管进口处流体压强的平均值
Figure FDA0004007759320000023
的计算方式为：
Figure FDA0004007759320000024
所述散热扁管进口处流体压强标准差σin的计算方式为：
Figure FDA0004007759320000031
5.如权利要求1所述的集成下凸式稳压配流汽车冷凝器仿真评价与优化设计方法，其特征在于，所述D中比较所有仿真模型的计算结果时，设y为仿真模型数量，则所述散热扁管进口处流体压强标准差最小的仿真模型，其标准差σin-min应满足公式：
σin-min＝min(σin-1,σin-2,...,σin-y)
所得进口流体压强标准差最小的设计方案稳定性最好。
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