摘要：在汽车空调系统中,换热器是主要的组成部件。本文介绍了跨临界CO2循环换热关联式与换热器的研究进展,并对跨临界CO2空调换热器的发展趋势进行了展望。

引言
近年来,人们对环境问题越来越重视,在空调制冷系统中,对环境友好的自然工质CO2再次引起人们的关注。CO2临界压力和临界温度分别为 7·38MPa和31·1℃,由于其临界温度比较低, Lorentzen[1]推荐使用跨临界制冷循环系统。在相 同条件下,CO2的单位容积制冷量非常高,通常是R22的5倍左右,使得系统的结构尺寸大大减小。许多学者对CO2系统在家用空调、汽车空调及热泵方面的应用和部件的设计问题进行了研究:Yin等[2]用有限元法对CO2超临界气体冷却器进行了分析; Kim等[3]提出了一个详细的微通道蒸发器的有限容积模型,该模型可用于微通道蒸发器的性能分析和结构设计,但要求管内制冷剂分配比较均匀; Boewe等[4]比较了不同长度(0·1m和1·5m)的内部换热器对系统的影响,发现安装内部换热器可以使汽车空调系统的性能大大提高。
由于换热器的重量和体积在空调系统中几乎占了一半,因而开发研究性能优化的紧凑式换热器,对发展CO2跨临界循环制冷技术至关重要。对跨临界CO2汽车空调换热器的研究可分为两个方面:一是空调换热关联式的研究;二是CO2空调换热器的结构设计和应用研究。
1 跨临界CO2空调换热关联式研究
1·1 CO2在亚临界过热区的对流换热系数计算 目前没有专门的CO2亚临界过热时湍流换热试验关联式,一般使用petukhov关联式[5]计算:


当Tb≤Tpc:a=0·013,f=1·0,k=-0·55,n= 1·6。该关联式计算值与实验数据间平均偏差为 12·7%。
由上述关联式可看出:对流换热的主要影响参 数包括Re,Pr,cp,Gr和μ等。根据具体情况考虑 参数的影响程度及定性温度不同,关联式形式和计 算结果也有所不同。目前传热关联式都是在特定条 件下得到的,没有一个通用的关联式可以准确地描 述超临界CO2的传热,在进行跨临界CO2空调换热 器模型设计及跨临界CO2制冷循环系统仿真时,应 视具体情况选择合适的关联式。
2 跨临界CO2空调换热器结构研究
挪威科技大学lorentzen[10]首先提出在汽车空 调系统中采用跨临界CO2制冷循环,其系统工作原 理如图1所示。

由图1可清楚的看出,CO2在汽车空调中的循 环过程就是1—5的流动过程。跨临界CO2系统的 换热部件主要有三部分:气体冷却器、内部换热器、 蒸发器。
2·1气体冷却器
在超临界CO2循环系统中,高压侧是CO2通过 气体冷却器从气体直接冷却为液体。由于CO2工 作在超临界状态下,压力高且气体冷却器制冷剂出&n