冷凝器和蒸发器是汽车空调系统的关键热交换设备,其结构尺寸和换热性能对汽车空调系统的布置、运行特性和经济性能有重要影响。通常用实物进行实验需要大量的资金与时间支持,且结果往往受人工操作规范、实验条件等各方面因素的影响,而用计算机进行模拟仿真,成本低、周期短。计算机仿真已经成为汽车空调研究的一种重要手段。本文用MATLAB/Simulink建立汽车空调稳态仿真模型,并在此基础上分析汽车空调蒸发器和冷凝器的整体性能,针对换热器的选型和结构优化提出参考意见。具体工作如下:(1)利用MATLAB/Simulink建立了R134a物理性质计算模型,解决了计算机调用物性参数的准确性和速度问题,最后的计算结果通过与文献数据的对比来验证所建立制冷剂热物性模型的准确性,数据吻合度较高,能够满足制冷循环仿真的需要。(2)采用集中参数法建立了平行流冷凝器与平行流蒸发器模型,给出了控制方程、空气侧换热系数及压降公式、制冷剂侧传热系数与压降公式,以及相应的算法流程;采用集中参数法建立了涡旋压缩机模型,给出了排气量、容积效率,等熵效率等。(3)利用MATLAB里的Function函数编写相关程序,对冷凝器和蒸发器(液相区、气相区和两相区)进行传热设计计算,研究等截面扁管的翅片结构换热器的换热流动,对换热器在单相区和两相区的性能进行模拟分析和讨论。(1)单相区模拟可知,在条件允许的范围内,一定程度上增大空气流速、增大低温区的换热面积,可以有效减小冷凝过热区的体积。(2)在两相区的模拟可知,制冷剂侧的换热系数沿管长方向降低,制冷剂侧压强在逐渐降低,压降幅度较气相区要强的多,在换热系数较大时压降更为明显。(4)通过仿真模型研究空气侧与制冷剂侧的结构参数变化对换热器性能的影响,例如:翅片间距、百叶窗开窗角度、扁平管的数量、孔的形状等对换热器性能的影响。研究结构表明,在条件允许的范围内,翅片高度可取较大值;翅片间距和百叶窗开窗间距宜取较小值;百叶窗开窗角度取27.5°为宜;可适当增加扁管孔数。(5)利用Simulink建立汽车空调系统稳态仿真模型,依次连接压缩机子系统、换热器子系统、膨胀阀和制冷管路。研究在正常工况范围内,工况的变化对系统性能的影响,例如:换热器的空气进风温度、换热器的迎面风速、压缩机的转速对系统性能的影响,并提出相应优化建议。研究结果表明:(1)冷凝器侧进风温度增加使系统冷凝与蒸发增加,压缩机耗功增加,制冷量减小,COP减小;蒸发器侧进风温度增加使系统冷凝蒸发温度增加,同时,制冷量和压缩机耗功都有一定的增加,COP有小幅增加。(2)冷凝器侧迎面风速增加使系统冷凝和蒸发温度降低,制冷量增加,压缩机耗功减小,COP增加;蒸发器侧迎面风速增加使系统冷凝和蒸发温度增加,制冷量减小,压缩机耗功增加,COP增加。(3)当压缩机转速增加时,系统冷凝温度升高,蒸发温度降低,冷却能力和压缩机耗功增加,系统COP逐渐增加。该仿真结果的分析可以对汽车空调设计和优化提供参考依据,并提出相应优化建议。