一种空调冷凝器、客车及空调冷凝器的设计方法与流程

本发明涉及空调冷凝器
技术领域：
，尤其涉及一种空调冷凝器、客车及空调冷凝器的设计方法。
背景技术：
：客车空调冷凝器是整个客车空调机组非常重要的组成部分之一，压缩机排出的高温、高压气态制冷剂进入冷凝器，通过冷凝风机的强制换热，冷却变为中温、高压的液态制冷剂。在冷凝器的设计过程中，需要满足机械强度、疲劳与寿命、售后维修便利性的要求，同时也需要满足冷凝器换热性能的要求。除了冷凝器芯体内部制冷剂的流动，冷凝器芯体外侧空气的风速大小和均匀性也是影响冷凝器换热性能的重要影响因素之一。对于空气侧，风速的提升有助于增大冷凝器的换热系数，而低风速区域的换热性能会较差，芯体的利用率也较低。在大部分的研究中，一般认为冷凝器迎风面风速是均匀分布的，在此基础上，对冷凝器芯体的几何特征进行研究，比如翅片厚度、翅片间距、翅片形状、芯体管排布形式等。实际情况中，受到冷凝器本身结构的影响，芯体迎风面风速的均匀性是较差的，这就导致冷凝器实际换热量与理论设计存在较大的差异。冷凝器结构特征主要包括：底壳、芯体、冷凝风机、顶盖以及固定支架等零部件，这些零部件的几何特征尺寸以及相互间的排布方式使冷凝器内部形成不同的气流组织，影响冷凝器芯体风速的均匀性。同时，对于客车空调冷凝器具体的几何特征尺寸以及相互之间对风速均匀性的影响，缺少一种有效的、快速的、低成本的评价和改进手段。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种空调冷凝器，通过改进空调冷凝器的内部结构，解决上述冷凝器不同结构特征及其排布方式导致芯体风速不均匀，影响冷凝器换热量的问题。本发明中还提供了一种客车，利用上述空调冷凝器，降低客车的能耗。本发明的又一目的在于提供一种空调冷凝器的设计方法，对冷凝器多种结构特征的排布进行合理地改进和优化，满足冷却芯体组件风速分布均匀性的要求，使冷凝器实际换热量更好地符合理论设计。为达此目的，本发明采用以下技术方案：提供一种空调冷凝器，包括顶盖和底壳，所述顶盖和所述底壳形成内腔，所述顶盖上设置有进风口和出风口；所述空调冷凝器还包括：芯体固定支架，设置于所述底壳上且位于所述内腔中，所述芯体固定支架用于支撑位于所述内腔中的冷却芯体组件，所述冷却芯体组件设置于所述出风口处，用于冷却自所述进风口输送至所述出风口的气体；导流件，设置于所述底壳上，所述导流件位于所述冷却芯体组件靠近所述进风口的一端的下方，所述导流件与所述底壳间隔预设高度，所述导流件用于导流自所述进风口进入所述空调冷凝器内的所述气体；导流肋，设置于所述底壳上，所述导流肋与所述芯体固定支架水平间隔预设距离，且位于所述冷却芯体组件的下方，所述导流肋用于导流经过所述导流件之后进入所述冷却芯体组件的气体。优选地，还包括风机组件，设置于所述进风口处，所述风机组件包括驱动件和风机，所述驱动件驱动所述风机转动使所述进风口吸风或压风。优选地，所述风机上设置有风机叶片，所述风机叶片设置于所述进风口处。优选地，所述驱动件为交流电机。优选地，所述风机叶片在所述顶盖上的投影覆盖所述进风口。优选地，所述冷却芯体组件包括：芯组固定支架；芯体前挡风板和芯体后挡风板，连接于所述芯组固定支架两端，所述芯体前挡风板设置于靠近所述风机的一侧；芯体，设置于所述芯体前挡风板和所述芯体后挡风板之间，所述芯体设置于所述芯组固定支架、所述芯体前挡风板和所述芯体后挡风板之间围成的空间内，所述芯体设置于所述出风口处。优选地，所述芯体前挡风板和所述风机的风机壳体之间设置有缓冲保温层。优选地，所述导流肋设置于所述底壳内，且与所述底壳一体成型。优选地，所述导流件通过导流板固定支架连接所述底壳。优选地，所述导流件包括平滑过渡连接的平板段和圆弧段；所述平板段设置于所述导流板固定支架上，且位于所述芯体前挡风板正下方的投影区域内；所述圆弧段沿气体流动方向朝向所述芯体倾斜延伸。优选地，所述芯体采用管片式芯体或平行流芯体。本发明中还提供了一种客车，包括所述的空调冷凝器，所述空调冷凝器的底壳的弧度与所述客车的车顶的弧度相同。本发明中又提供了一种空调冷凝器的设计方法，用于优化所述的空调冷凝器，所述冷却芯体组件包括芯体，所述空调冷凝器的导流件通过导流板固定支架与底壳间隔预设高度，所述设计方法包括：确定待优化的结构特征为：导流件与底壳间隔预设高度，导流肋与芯体固定支架之间水平间隔预设距离，以及导流肋的高度；确定对提升芯体风速均匀性有利的预设高度、导流肋的高度和预设距离的尺寸范围；将各个的尺寸范围通过正交设计方法，确定多种试验工况；利用cfd方法，对每种所述试验工况下所述芯体中的流体进行仿真；根据仿真后的结果，评价每种所述试验工况下所述芯体中风速分布均匀性；选择所述风速分布均匀性最好的试验工况。优选地，确定对提升所述芯体风速均匀性有利的所述预设高度、所述导流肋和所述预设距离的尺寸范围的确定方法为：根据所述空调冷凝器的结构确定所述预设高度、所述导流肋的高度和所述预设距离的待确定的尺寸范围；通过变量控制法和cfd方法，确定各个参数对提升芯体风速均匀性有利的尺寸范围。优选地，将相对偏差绝对值的平均值作为评价风速分布均匀性的标准。优选地，所述相对偏差绝对值的平均值采用以下公式获得：其中，vi为芯体内部各计算点的风速值，单位为m/s；为前述计算点的风速平均值，单位为m/s；δi为前述各计算点的相对偏差值。本发明的有益效果：本发明中通过芯体固定支架支撑冷却芯体组件，在底壳上设置导流件，导流件与底壳间隔预设高度，导流件设置于冷却芯体组件靠近进风口的一端的下方，对空调冷凝器进气口的气体进行导流。将上述导流件设置在与底壳间隔预设高度处，以及将导流件设在冷却芯体组件靠近进风口的一端的下方的位置，通过调整导流件的设置的高度和位置，使自进风口至冷却芯体组件的风的风速的均匀性更好。同时在底壳上还设置有导流肋，通过导流肋对经过导流件之后的气体进行导流，又因导流肋与芯体固定支架水平间隔预设距离，使经过导流件之后的气体在导流肋的导流作用下，使进入冷却芯体组件内的气体更均匀，提高冷却芯体组件的换热量和换热效率。本发明中提供的客车，应用上述空调冷凝器，通过提升空调冷凝器的换热效果，使客车的空调效果更明显，从而大大提升客车内的舒适度，因提高了空调冷凝器的换热效率，因此，相当于降低了客车的能耗。本发明中提供的空调冷凝器的设计方法，用于优化空调冷凝器中的导流件与芯体固定支架的水平预设距离，导流件与底壳间隔预设高度，以及导流肋的高度。在确定上述三个参数对提升芯体风速均匀性有利的范围后，更加确定三个参数的范围，根据正交设计方法，确定进一步被优化的参数的试验工况。再结合cfd方法对上述工况进行模拟，根据模拟结构选择对风速均匀性最好的试验工况，从而确定三个参数的最优范围。本发明中的设计方法对冷凝器多种结构特征的排布进行合理地改进和优化，满足了芯体风速分布均匀性的要求，使冷凝器实际换热量更好地符合理论设计。附图说明图1是本发明的空调冷凝器的内部结构示意图；图2是本发明的空调冷凝器的俯视图；图3是本发明的空调冷凝器的设计方法的流程图。图中：1、顶盖；11、进风口；12、出风口；2、底壳；3、芯体固定支架；4、冷却芯体组件；42、芯体前挡风板；43、芯体后挡风板；44、芯体；5、导流件；51、平板段；52、圆弧段；6、导流肋；7、风机组件；71、驱动件；72、风机；73、风机叶片；74、风机壳体；8、导流板固定支架；9、冷凝器中心对称截面；10、导流板固定支架螺栓。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。如图1和图2所示，本实施例中提供了一种空调冷凝器，图1为空调冷凝器的为对称结构，图中只表示出空调冷凝器的一半结构，图1中的9所示的位置为冷凝器中心对称截面。本实施例中的空调冷凝器的长度根据客车大小确定，通常范围为900-1500mm。上述空调冷凝器包括顶盖1和底壳2，顶盖1和底盖2形成内墙，顶盖1上设置有进风口11和出风口12。空调冷凝器还包括芯体固定支架3、导流件5和导流肋6。其中，芯体固定支架3设置于底壳上，且位于内腔中，芯体固定支架3用于支撑位于内腔中的冷却芯体组件4，冷却芯体44设置于出风口12处，用于冷却自进风口11输送至出风口12的气体。导流件5设置于底壳2上，导流件5位于冷却芯体组件4靠近进风口11的一端的下方，导流件5与底壳2间隔预设高度，导流件5用于导流自进风口11进入空调冷凝器内的气体。具体地，导流件5通过导流板固定支架8连接底壳2，导流件5经导流板固定支架8的支撑距离底壳预设高度，即导流板固定支架8的高度为预设高度。导流肋6设置于底壳2上，导流肋6与芯体固定支架3水平间隔预设距离，且位于冷却芯体组件4的下方，导流肋6用于导流经过导流件5之后进入冷却芯体组件4的气体。本实施例中通过芯体固定支架3支撑冷却芯体组件4，使冷却芯体组件4位于出风口12的下方，在底壳2上设置导流件5，导流件5与底壳5间隔预设高度，导流件5设置于冷却芯体组件4靠近进风口11的一端的下方，对空调冷凝器进气口11的气体进行导流，将上述导流件5设置在与底壳2间隔预设高度处，以及将导流件5设置在冷却芯体组件4靠近进风口11的一端的下方的位置，通过调整导流件5的设置的高度和位置，从而使进风口11至冷却芯体组件4内部的气体均匀性更好。同时在底壳2上还设置有导流肋6，通过导流肋6对经过导流件5之后的气体进行导流，又因导流肋6与芯体固定支架3水平间隔预设距离，使经过导流件5之后的气体在导流肋6的导流作用下，使进入冷却芯体组件4内的气体更均匀，提高冷却芯体组件4的换热量和换热效率。本实施例中的空调冷凝器还包括风机组件7，风机组件7设置于容纳腔内，且位于顶盖1的中间位置，风机组件7在冷凝器内部对称设置。风机组件7包括驱动件71和风机72，驱动件71驱动风机72转动，风机72上设置有风机叶片73，风机叶片73设置于进风口11处。优选地，驱动件71为交流电机，风机叶片73在顶盖1上的投影完全覆盖进风口11，且能够吸风和压风。本实施例中因冷凝器需要在低温环境中工作如下雪天气，此时，风机风叶73压风，冷凝器工作，而在一般情况下风机风叶73吸风，冷凝器工作。本实施例中驱动件71选择交流电机的目的是：为保证空调冷凝器正常工作时所需的风量，同时，通过改变交流电机的电流方向实现风机风叶73的正反转，从而实现空调冷凝器的吸风或压风，此外，本实施例中采用的风机风叶73较大，风机72的整体高度为190mm，风机风叶73的直径为500mm，风机电机(交流电机)的直径为140mm。一般情况下，空调冷凝器选择直流电机，且风机风叶73的尺寸较小，应用于本实施例中的空调冷凝器中，不能够满足空调冷凝器的所需的风量，同时，不能够应用于低温环境中。因此本实施例中的空调冷凝器的电机旋转交流电机，且风机风叶73的尺寸较大，导入空调冷凝器内腔内的风量大。本实施例中的冷却芯体组件4在空调冷凝器的内腔内倾斜设置，倾斜角度与水平面的夹角范围为12°-15°。冷却芯体组件4包括芯组固定支架(在图中未示出)、芯体前挡风板42、芯体后挡风板43和芯体44。其中，芯体前挡风板42和芯体后挡风板43均连接于芯组固定支架两端，芯体前挡风板42设置于靠近风机72的一侧，芯体44设置于芯体前挡风板42和芯体后挡风板43之间，芯体44设置于芯组固定支架和芯体前挡风板42和芯体后挡风板43之间围成的空间内，芯体44设置于出风口12处，芯体后挡风板43固定于芯体固定支架3上。本实施例中的芯体44采用管片式芯体或平行流芯体。芯体前挡风板42和风机壳体74之间设置有缓冲保温层，当客车工作时，整车产生的振动，以及电机带动风机转动，导致空调冷凝器整体结构会产生振动，同时，因风机71的壳体74与冷却芯体组件4的距离较近，为防止风机71的壳体产生的振动带动冷却芯体组件4整体产生振动，影响冷却芯体组件4的换热效果和使用寿命，设置缓冲保温层对冷却芯体组件4进行缓冲保护，同时因风机71的壳体与冷却芯体组件4之间存在间隙，设置缓冲保温层防止气流在两者间隙之间窜风。导流件5为板式结构，包括平滑过渡连接的平板段51和圆弧段52，本实施例中平板段51的宽度为40mm，厚度为1.5mm，保证其在较高的风速下的抗变形的能力，平板段51设置于导流板固定支架8上，且位于芯体前挡风板42和风机壳体74的正下方的投影区域内，圆弧段52沿气体流动方向向靠近芯体44方向倾斜延伸，圆弧段52投影在水平方向的宽度为30mm，圆弧半径为36mm，厚度与平板段51保持一致。导流件5用于导流自进风口11至冷却芯体组件4的气体。同时，导流件5与导流板固定支架8通过焊接连接。导流板固定支架8在导流件5的两端(此处是指导流件5的宽度方向)各布置一个，均通过导流板固定支架螺栓10与底壳2固定连接。每个导流板固定支架8的宽度为40mm，厚度为2mm，长度为50mm。在底壳2上还设置有导流肋6，导流肋6有两种结构，冷凝器底壳2的弧度与客车的车顶保持一致，在本实施例中，底壳2整体宽度为1900mm。芯体固定支架3位于芯体后挡风板43下方。导流肋6高度、导流肋6与芯体固定支架3的间距对芯体44风速的均匀性影响较大，本实施例中导流肋6宽度为60mm，导流肋6高度为20mm，导流肋6与芯体固定支架3的间距为440mm。导流肋6与底壳2一体成型的凸起，导流肋6用于导流底壳2和冷却芯体组件4之间的气体。冷凝风机72采用压风的形式，进风方向和出风方向如图1所示，芯体44采用管片式芯体或者平行流芯体，本实施例中采用管片式芯体，芯体44管为6排24列。本实施例中还提供了一种客车，其包括如上的空调冷凝器，其中，空调冷凝器的底壳2的弧度与客车的车顶的弧度相同。在客车上利用上述空调冷凝器，通过提升空调冷凝器的换热效果，使客车的空调效果更明显，从而大大提升客车内的舒适度，因提高了空调冷凝器的换热效率，因此，相当于降低了客车的能耗。如图1和图3所示，本实施例中还提供了一种空调冷凝器的设计方法，图3为本实施例中提供的客车空调冷凝器设计方法流程，上述冷凝器设计方法包括正交设计法和cfd方法，通过两种方法对空调冷凝器进行联合设计。通过此设计方法对冷凝器的结构特征的排布进行合理地改进和优化，优化空调冷凝器的内部结构，优化后的内部结构满足芯体44风速分布均匀性的要求，使冷凝器实际换热量更好的符合理论设计，使换热效率大大的提高。上述空调冷凝器的设计方法用于优化本实施例中上述的空调冷凝器，其中，上述空调冷凝器的冷却芯体组件4包括芯体44，导流件5通过导流板固定支架8与底壳2间隔预设高度，具体设计方法包括：确定待优化的结构特征，本实施例中对芯体44风速均匀性影响较大的结构特征包括：导流件5与底壳2间隔预设高度，及导流肋6与芯体固定支架3之间的预设距离，以及导流肋6的高度。下一步，确定每种结构特征的尺寸范围，即根据上述设计的空调冷凝器的结构尺寸，确定每种结构特征的尺寸的大范围。之后，根据上述各个结构特征的尺寸范围，确定试验工况。具体地，采用控制变量法，在另外两个结构特征不变的情况下，只改变其中一种结构特征，通过cfd方法进行模拟，从而确定上述三个参数对提升芯体44风速均匀性有利的几何尺寸范围，此处的各个参数的几何尺寸范围。本实施例中，各结构特征的尺寸范围如下表1所示，表1为冷凝器的各个结构特征的选择的合适的尺寸。导流肋6与芯体固定支架3间距共3种尺寸，分别为360、400、440mm，导流肋6高度共3种尺寸，分别为20、25、30mm，导流板固定支架8高度共3种尺寸，分别为50、60、70mm。表1水平预设距离/mm导流肋高度/mm预设高度/mm136020502400256034403070下一步，将各个的尺寸范围通过正交设计方法，确定多种试验工况。具体地，根据所选结构特征的数量以及每种结构特征的尺寸范围，确定对应的正交试验表，正交试验表是正交设计方法的主要工具，其具有的正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，可以实现最少的次数达到与大量全面试验等效的结果。本实施例中，选取的正交表如下表2所示，表2为本实施例中提供的不同工况下的正交试验表，所需要的试验次数共9次，分别编号为试验1-9。表2下一步，利用cfd方法，对每种试验工况下芯体44中的风速进行仿真。具体地，结合上述cfd方法，计算每种工况中芯体44中各个位置的风速分布，本实施例中，采用cfd方法对上述试验编号为1-9的每种工况分别进行模拟计算。下一步，根据仿真的结果，评价每种试验工况下芯体44中风速分布均匀性。具体地，根据评价标准，选取多种结构特征的最佳组合方案。本实施例中，主要对芯体44风速均匀性进行评价，将相对偏差绝对值的平均值作为评价风速分布均匀性的标准，采用的相对偏差绝对值的平均值采用以下公式获得：其中，vi为芯体44内部各计算点的风速值，单位为m/s；为前述计算点的风速平均值，单位为m/s；δi为前述各计算点的相对偏差值；为前述相对偏差绝对值的平均值。上述表2中的为利用cfd模拟计算得到芯体44内部各计算点的风速值vi，之后将vi的数据导出cfd后，对得到的数据进行后处理得到相对偏差绝对值的平均值本实施例中，试验1-9的正交试验结果如上表2所示，各试验工况的相对偏差绝对值的平均值分别为：18.1％、19.5％、24.8％、16.1％、18.2％、33.6％、15.2％、28.4％、32.9％，一般情况下，上述值越小，代表芯体44风速均匀性越好，所以试验7是最优的结构特征组合，所对应的尺寸如下：导流肋6与芯体固定支架3的间距(即上述两者的预设距离)为440mm、导流肋6高度(即第二预设高度)为20mm、导流板固定支架8高度(即预设高度)为70mm。前述cfd方法具体步骤如图3右侧所示：首先建立前述正交表中不同试验工况的数学模型。本实施例中，需要建立数学模型的工况为试验1-9。进一步，确定网格尺寸，完成网格划分，本实施例中，以空气为研究对象，建立控制方程，主要包括质量守恒方程、能量守恒方程、动量守恒方程、湍流控制方程，方程为本领域研究中常用方程，此处不再详述。进一步，建立控制方程后，定义计算模型的边界条件、给定解控并完成计算迭代过程。再根据上述芯体44风速均匀性评价标准，进行结果的后处理，结合正交设计方法，确定多种结构特征最佳的组合方案。本实施例中提供的空调冷凝器的设计方法，用于优化空调冷凝器中的导流件5与芯体固定支架3的水平预设距离，导流件5与底壳2间隔预设高度，以及导流肋6的高度。在确定上述三个参数对提升芯体风速均匀性有利的范围后，更加确定三个参数的范围，根据正交设计方法，确定进一步被优化的参数的试验工况。再结合cfd方法对上述工况进行模拟，根据模拟结构选择对风速均匀性最好的试验工况，从而确定三个参数的最优范围。本实施例中的设计方法对冷凝器多种结构特征的排布进行合理地改进和优化，满足了芯体风速分布均匀性的要求，使冷凝器实际换热量更好地符合理论设计。显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。当前第1页12