空调器智能仿真技术原理

中国空调器产能世界第一，高度依赖于国际市场，面临来自全球的激烈竞争和严苛的环保要求，技术发展必须领先于《基加利修正案》等新的国际环保法规与标准的要求，以避免断崖式下降的风险。为此必须开发新一代的环保空调器，同时满足零ODP、低GWP、高能效、低材料消耗的要求。

上海交通大学丁国良教授团队联合空调器制造相关企业和国家权威检测机构，历经20年，针对上述共性难题展开合作攻关，创立了包含核心部件研制、整机结构创新、数字化高效设计、精密制造与安全生产的完整技术体系，使我国企业占领了新一代环保空调器研制的技术制高点，实现了世界最大规模的生产和国际市场占有率。

为此，丁国良团队揭示了细径管内含油制冷剂相变发泡机制，开发了M型高效换热微齿槽，有效防止油膜堵塞，使制冷剂侧性能提升30%以上。对于空气侧，揭示了管外翅片表面析湿机制，发现了可以避免水桥堵塞的翅片临界开缝高度，开发了新型翅片结构，有效防止水桥堵塞，使空气侧性能提升25%以上。利用该技术在全球首次实现了高环保强可燃R290制冷剂在空调器中安全可用。

同时，研究团队揭示了吸气过热和大绝热指数引发压缩机高温故障的机制，提出了吸气带液和膨胀阀—压缩机协同调节策略，降低压缩机温度的同时避免了吸气带液引发的液击损坏；揭示了气泡随机运动导致制冷剂流量分配不均的机制，提出基于流型重整的解决方案，将不稳定流型整型成稳定的环状流，实现了多分路时的流量均匀分配。利用该技术，使开发的新一代环保空调器能效大幅领先欧洲最高等级A+++及美国能源之星指标。

要开发高能效的环保空调器，需要实现众多部件的最优匹配；而全套空调器的模具投入达上千万，反复制作实体样机的开发模式代价极大。发展方向是开发基于仿真的数字化设计技术，该技术长期没有得到广泛应用的原因是难以解决“模型精准”和“计算快速”两大难题。导致模型难以精准的关键原因是，生产工艺差异的影响难以定量描述；导致制冷系统仿真慢的原因是大量非线性方程求数值解，一半以上的计算时间与制冷剂物性计算相关。项目组提出了基于模型的智能仿真技术，通过数学模型与智能模块的结合，基础理论与样本实验一体化等技术，充分反映生产工艺的影响，使产品能效预测偏差从15%降到5%以内；提出了制冷剂物性的隐式拟合显式求解技术，通过相区划分等手段，得到低次多项的物性方程，可求分析解，提高计算速度100倍以上。开发的数字化设计软件，总体技术达到国际领先水平，设计效率比国际同类软件提升6倍，使单品研发费用降低60%、周期缩短约74%。

新一代环保空调器在制造过程中面临的问题是，原有工艺与装备不能适用于采用细径薄壁换热管的空调器生产，会产生换热管断裂、换热器胀管破损的直接质量事故，增加可燃制冷剂泄漏燃爆的风险。项目组揭示了铜管硬度与盘拉过程中管材擦伤损坏的作用关系，提出了二联拉工艺，提高管材硬度，避免擦伤和断管，实现了管径可低至3.5mm、管壁可薄至0.2mm的细径薄壁换热管规模化生产；揭示了铜管自由收缩导致胀管破损的机制，发明了强制式无收缩胀管设备，避免铜管自由收缩，使胀管破损率降低至原来的1%以下。