王飞 卢慧霞
南京天加环境科技有限公司 江苏南京 210000
摘要：汽车空调系统对现代汽车的舒适性具有非常关键的作用，在设计汽车空调系统的过程中可借助仿真软件来降低工作难度、提高设计的精确度以及减少成本等。本文借助Dymola这种工程仿真软件平台来探讨仿真技术在汽车空调系统设计中的应用策略。
关键词：仿真技术；汽车空调系统；应用
引言：
汽车空调系统的主要结构包括压缩机、换热器以及热力膨胀阀等等，实际上这些工程结构的工作原理相对都比较简单，在设计和开发汽车空调系统的过程中可借助现代化的仿真软件来实现这些空调关键结构的仿真模拟，进而提高开发效率以及提高工程设计的精确性。
一、研究现状
在汽车空调系统的设计中除了传统的实验方法之外还可借助一些具备良好工程模拟能力的仿真软件来完成相关工作。从结构上来看，汽车空调系统主要包括换热器、热力膨胀阀、空调压缩机、储液罐以及其他配套的零部件。在换热器的仿真模拟中可采用集总参数法、移动边界法或者分布参数法等等，不同的方法在模拟精度和计算的快捷性等方面都存在较大的差异。在汽车空调系统平行流冷凝器的仿真模拟中可借助AMESim软件来提高工程模型的准确性，国内的学者通过这种方法对冷凝器开展模拟之后，得出的结论是优化流道的布置可改善冷凝器的性能[1]。通过仿真软件建立稳态模型可有效地实现热力膨胀阀或者空调压缩机系统的模拟。
二、仿真设计
（一）仿真工具介绍
Dymola仿真软件在流体动力学、机械、电气等各种工业领域中度产生了良好的使用效果，法国高科技企业达索公司是这种多学科仿真软件的开发者，用户在建模时可借助该软件平台的基础开发语言Modelica完成，工业、交通以及汽车等各个领域的先进企业为该软件平台开发了各种优秀的模型库，瑞典的Modelon公司在工业软件开发方面具有非常悠久的历史以及雄厚的技术积淀，其开发的ACL库在空调系统瞬态仿真、冷循环稳态仿真等方面形成了重要的应用，而这一模块也被集成在了Dymola软件平台中[2]。
（二）仿真建模
第一，换热器建模。冷凝器和蒸发器两个部分共同组成了汽车空调系统的换热器，汽车空调系统的压缩机作用于制冷剂并使其在管路系统中形成流动，在这一过程中就可借助平行流式的蒸发器和冷凝器来类来实现汽车内部空间的换热。ACL库完全依照汽车空调系统换热器的几何结构来进行精准的建模，其平行流式换热其可向真实情况下的换热器一样，具备水平和垂直两个方向上的流式。
换热器的结构特点为两层，而每一层包含由特定数量翅板和制冷剂流道所构成的3个主流道，这些相互连通的换热器流道可非常充分地涵盖整个换热器系统。利用ACL来模拟换热器时应该针对采用分布参数法这种精度相对较高的建模方法，建立流道模型并将其划分成若干个小的单元，但需要指出的是在建模的过程中不能忽视翅片几何结构对空气流体划分所形成的负面影响[3]。
第二，压缩机建模。换热器在运行过程中需借助较长的流程来充分发挥制冷剂的作用，而压缩机作为整个空调系统是动力装置，主要起到为制冷剂等空调介质提供源源不断的动力，因此，制冷剂在压缩机中停留的时间非常短，而且压缩机的整体状态是非常稳定的。利用软件系统进行建模时可将压缩机看做一个稳态的部件。ALC库在压缩机的模型方面为用户提供多元化的选择，虽然这些模型在原理上非常接近，但是在模型控制参数方面却具备不同的特点。这些软件模型在计算通过压缩机的制冷剂的流量时按照公式来计算，m、ρ、N、V、η分别代表了质量流量、流体密度、压缩机转速、压缩机排量以及容积率。
第三，热力膨胀阀建模。汽车空调系统的热力膨胀阀在实现原理上基本一致，但在具体结构方面存在一些差别，ACL库通过不同类型的热力膨胀阀模型来更好的满足工程模拟的实用需求，弹簧的弹力、阀芯上下面承受的压力等对热力膨胀阀的阀门开启动作具有非常重要的影响。压力感温包将自身的感受到的压力直接传递给热力膨胀阀的上部，这一压力值可用Fb来表示，弹簧对热力膨胀阀下部产生的压力Fk以及蒸发器产生的蒸发压力Fc会直接作用于热力膨胀器的下部，在工程上需确保Fb=Fc+Fk。在这三个力中弹簧所产生的弹力对阀芯的开闭具有重要的调节作用，进而实现膨胀阀对制冷剂流量的有效控制。这一部分在实现过程中需要满足两个关系式，一个是Fb=Fc+Fk，另一个是Fx=k(x0+x)，其中k为弹簧的变形系数，x0是弹簧的初始长度，x是其受到力的作用所产生的形变量。
第四，储液罐建模。汽车空调系统的冷凝器主要起到气液分离、存储过冷液的功能，冷凝器的出口位置直接通向储液罐。在ALC软件库中也针对储液罐制定了专门的模型，其中过冷夜的入口在储液罐的右上方，这一模型的工作原理为进口处的制冷剂存在气体和液体两种状态，并且只要储液罐内的液位高度比排液管的液位高度高，就可实现液体的排出[4]。
三、结束语
Dymola这种多功能的仿真软件可借助其系统集成的ALC功能库来实现汽车空调系统压缩机、换热器以及热力膨胀阀等多种结构的工程模拟。因此，设计汽车空调系统的过程中可借助这些仿真软件来全面提高开发效率、降低成本以及提高精确度。
参考文献
[1]韦杰宏,李东萍,倪佳鑫,等.仿真技术在汽车空调系统开发中的应用[J].装备制造技术,2018,285(09):161-167.
[2]张锋.基于模糊控制的汽车空调控制系统的设计与仿真[J].工业控制计算机, 2016,029(003):90-91,94.
[3]王振,李松建.汽车空调系统数学模型及仿真研究[J].城市建设理论研究（电子版）,2015,005(028):1814-1815.
[4]刘阳生.浅析汽车空调系统的数值模拟仿真[J].中国科技投资, 2013(A23):199-199.