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微通道换热器在电动汽车热泵系统中的应用与优化

2023-06-20 10:56:23·  来源：汽车测试网  
　

随着电动汽车的普及，提高电动汽车的续航里程和冬季制热效果成为重要课题。目前，PTC电加热是电动汽车冬季制热的主流方式，然而其能效较低，会严重削减电动汽车的续航里程。为解决这一问题，热泵系统被引入到电动汽车的空调系统中，其高效的加热效果和无污染的特点使其成为一种理想的选择[1,2]。而在热泵空调系统中，微通道室内外换热器作为关键组件备受关注。与传统换热器相比，微通道换热器具有高效的换热特性和快速的加热速度[3-5]，并且具有低廉的价格、紧凑的结构、耐用性强以及重量轻的优点。

然而，由于微通道换热器制冷剂侧复杂的流路结构，容易导致制冷剂分布不均匀的问题[6]，进而导致换热器表面温度分布不均。换热器表面温度分布的均匀性是影响系统性能的重要因素[7]，良好的表面温度分布均匀性可以提高换热器的利用效率。而表面温度分布均匀性又与换热器的结构和扁管布置方式等因素有关[8]。

因此，本文将重点探讨微通道换热器在电动汽车热泵系统中的应用与优化。首先，介绍微通道换热器的原理和优点；然后，分析微通道换热器制冷剂侧复杂流路结构导致的制冷剂分布不均匀问题；接着，探讨影响微通道换热器表面温度分布均匀性的结构和扁管布置方式；最后，提出改进措施和优化方向，以实现更好的微通道换热器性能。

通过对微通道换热器的应用与优化研究，可以提高电动汽车热泵系统的加热效率和能源利用率，从而进一步提升电动汽车的续航里程和用户体验。此外，本研究也为微通道换热器在其他领域的应用提供了有益的参考。


第一部分：微通道换热器的原理与优点

微通道换热器是一种结构紧凑、重量轻、价格低廉且具有高效换热特性的换热器。其原理基于微通道的设计，通过在换热器内部构建大量微小通道，增大表面积，提高换热效率。微通道换热器的优点主要包括以下几个方面：

首先，微通道换热器具有高换热效率。由于微通道的存在，流体与换热器之间的传热面积大大增加，从而提高了传热效果。此外，微通道结构可以减小传热过程中的温度梯度，降低换热阻力，进一步提高换热器的效率。

其次，微通道换热器具有快速加热速度。微通道结构具有较小的尺寸，能够快速传递热量，加快加热过程。这对于需要迅速提供热量的汽车空调系统来说尤为重要。

此外，微通道换热器具有紧凑的结构和轻量化的特点。相比传统的换热器，微通道换热器可以通过优化设计，减小尺寸和重量，提高空间利用率，从而满足电动汽车热泵系统对轻量化和紧凑性的需求。

最后，微通道换热器具有较高的耐用性和低成本。微通道换热器采用多通道的设计，具有较强的结构强度和耐压能力。此外，由于其简单的结构和相对较少的材料使用量，制造成本相对较低。


第二部分：微通道换热器制冷剂侧流路导致的制冷剂分布不均匀问题

微通道换热器在热泵系统中的应用受到制冷剂分布不均匀问题的限制。由于微通道换热器制冷剂侧复杂的流路结构，制冷剂在流动过程中容易产生分流和混流现象，导致制冷剂在换热器内部分布不均匀。

制冷剂分布不均匀会导致微通道换热器表面温度分布不均，进而影响整个换热器的换热效果和性能。表面温度分布不均会导致热量传递不均匀，一部分微通道的换热效果较差，造成能量浪费；另一部分微通道过热，可能引发热应力和热疲劳，降低换热器的使用寿命。

解决制冷剂分布不均匀问题需要从多个方面考虑。首先，可以通过优化微通道的结构设计，改变流道的形状和尺寸，减小流道间的分流和混流现象，提高制冷剂的分布均匀性。其次，合理选择制冷剂的流量和速度，控制制冷剂在微通道内的流动情况，避免局部过热和过冷现象。此外，采用先进的制冷剂分配技术和流动控制技术也可以改善制冷剂分布均匀性。


第三部分：影响微通道换热器表面温度分布均匀性的因素

微通道换热器的表面温度分布均匀性受到多个因素的影响。首先，微通道换热器的结构对于表面温度分布均匀性起着重要作用。合理设计微通道的形状和尺寸可以调整流体的流动状况，减小流道间的温度差异，从而提高表面温度分布的均匀性。

其次，微通道换热器中扁管的布置方式也会影响表面温度分布均匀性。扁管的布置密度和布置方式会影响流体在微通道内的流动路径和速度分布，进而影响表面温度分布的均匀性。合理选择扁管的布置方式，如螺旋式、交叉式等，可以改善表面温度分布均匀性。

此外，制冷剂的流量和速度也会对表面温度分布均匀性产生影响。适当调整制冷剂的流量和速度，控制制冷剂在微通道内的流动情况，可以实现较为均匀的表面温度分布。

综上所述，微通道换热器在电动汽车热泵系统中具有重要的应用前景。通过优化微通道换热器的结构设计和制冷剂的流动控制，可以解决制冷剂分布不均匀和表面温度分布不均匀等问题，提高换热器的性能和加热效率。进一步的研究和优化将为电动汽车的续航里程和用户体验提供更好的解决方案，并为微通道换热器在其他领域的应用提供有益的参考。

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