仿真技术在小型空气冷凝器设计中的应用

　　0 引言

　　冷凝器是空调器的换热器之一，其通过与室外冷热源进行热量交换，达到把室内的不需要的冷量或热量排放到室外的作用。冷凝器在空调系统中至关重要，因此对冷凝器的设计研究在空调器设计研究中占据很大的比例。

　　制冷剂在冷凝器中是相变换热，这样可以极大的利用制冷剂冷凝潜热。在制冷模式下，当装置稳定运行时，制冷剂以高温高压的过热气体状态进入冷凝器，逐渐冷却到气液两相状态，并进一步冷却至高压过冷液体状态。当冷凝器设计不合理或系统中制冷剂充注量不够时，冷凝器的出口可能并不过冷，甚至达不到液态，从而影响装置的制冷量。

　　为了能充分的反映冷凝器的特性，在建立冷凝器数学模型时，应该充分考虑研究目的和能达到的效果。例如，房间空调器在运行时处于动态平衡稳定状态，可考虑采用稳态模型;而家用电冰箱由于要不断靠开停机来动态调节箱内的温度，所以应当采用动态模型。在进行冷凝器特性研究时，可以建立复杂一些的分布参数模型，用以考察相关参数的分布特征，但是分布参数模型的计算量大，计算的稳定性也不易保证。

　　本文的研究主要是针对房间空调器的空气冷凝器进行的。

　　1 仿真模型的分析与选择[1]

　　1.1 稳态分布参数模型[2]

　　冷凝器稳态分布参数模型的复杂程度有很大差别，如果完全考虑细节结构的流动换热情况，则必须建立三维的模型。但是此类模型计算量大，稳定性差，未必能保证得到令人满意的精度(因为仿真精度还取决于换热系数等基础参数的计算精度)。故本文不考虑细节结构的流动换热，仅对主流区分为三个区域进行设计计算。

　　1.1.1 基本模型

　　要建立的冷凝器稳态分步参数模型的假设条件[3]：

　　(1)冷凝器为逆流型换热器。常见的实际装置中制冷剂和管外空气的相对流动更接近于叉流，但是如果考虑成叉流，模型就与具体的结构布置相关，很复杂，而且缺乏通用的描述。

　　(2)管内制冷剂的流动为一维均相流动，不考虑压降。实际的管内制冷剂流动为复杂的分相流，但是为了描述的简便，采用最简单的一维均相模型。冷凝器管内的制冷剂压降不大，由压降造成的温降也不大，忽略不计。

　　(3)管外空气流动同样视作一维流动。实际的冷凝器管外由于结构或布置上的原因，流速分布不均匀，会对换热造成一定的影响，但是影响与具体的装置结构有关，需要时可以根据具体情况进行修正。

　　(4)管壁热阻忽略不计。相对于管内外侧热阻，管壁的径向热阻很小，可以忽略不计。管壁的轴向热阻对于换热的影响不大，但是对于算法的影响很大，忽略掉不会对计算结果造成明显的误差，能有效的简化算法。