壁挂式空调器出风口凝露的实验与研究

来源:用户上传      作者: 宋钦勇 王春

　　前言
　　
　　随着人们生活水平提高，居住条件改善，对壁挂式空调器的外观和性能要求越来越高；在空调设计中，设计者往往只注重外观和制冷制热，能效比等定性指标设计，忽略了凝露性能，而凝露却直接影响到用户起居生活；国家对不同规格的空调都有此方面要求，本文结合常用的壁挂式空调器设计经验，对凝露现象进行分析并提出解决方法。
　　
　　1　壁挂式空调器凝露实验出风口不合格现象及凝露产生原理
　　
　　1.1凝露实验出风口不合格现象
　　本次凝露实验样机采用成熟外机和全新开发内机，其蒸发器和风机系统采用成熟配置，对内机的外观结构设计及优化风道和出风口结构。在室内外27℃／24℃工况下，电源为220V～50Hz，导风板调到制冷默认位置，扫风叶片调到右极限位置，开制冷低风档连续运行4h后观察实验现象。从现象可知，凝露主要集中在出风口的导风板背风面左侧、中部右侧和出风口左右两侧的扫风叶片上且导风板上有少许水珠滴落。
　　
　　1.2室内机出风口凝露产生原理
　　湿空气中水蒸气含量保持一定，则水蒸气分压力Pv不变。凝露过程见图1，A点为湿空气初始点，温度逐渐降低，水蒸气分压力pv保持不变，是定压冷却过程；在B点达到饱和状态，即露点，露点温度td与湿空气初始水蒸气分压力存在一定函数关系td＝f(Pv)。状态点B到C过程沿着饱和湿蒸气线，水蒸气分压力Pv下降，此过程为析湿过程。
　　
　　2　壁挂式空调器出风口凝露不合格现象分析及改进验证
　　
　　2.1出风口风速与温度分布对凝露的综合影响分析
　　凝露与出风口形状、气流方向、风口处气流速度场、温度场关系密切。在焓差实验室将室内机扫风叶片向右40度；导风板向下10度，风机转速650rpm做凝露实验。采用KANOMAX热式风速仪和热电偶对出风口各部位风速和温度进行测量，其中“上”表示单导风板的上板与下板之间，“下”表示导风板下部，测点选取出风中心。
　　对测试数据结合实验现象进行分析可得：
　　导风板上部与下部平均风速差1.37m／s，最大风速差1.7m／s，出现在左边起400mm处；最小风速差1.02m／s，出现在最左边。出风口右端的风速差较小，此处导风板背风面的凝露是最少的；而左边及中间偏右部分的风速差较大，凝露严重。
　　导风板上部和下部平均温差4.75℃，最大温差7.3℃，出现在距风道左边150mm和350mm处，此两处也是凝露最严重的地方。在550mm处温差最小1.2℃，可见此处蒸发器凝露水严重，造成堵风。
　　⑥最右边的温度突然升高，风速最小，扫风叶片在右边极限位置堵风。
　　可见，在导风板上下中心风速和温度相差越大的地方凝露现象越严重，扫风叶片存在涡流死角，出风口四周与周围空气的交接点存在凝露；因此，首先通过更改优化扫风叶片和导风板结构使之风速场与温度场均匀分布，冷风吹出界面与周围空气之间增加空气隔层等手段弱化热量传递。
　　
　　
　　2.2出风口结构改进方法及实验验证
　　由于外观基本决定了出风口的上下沿角度以及扫风叶片，导风板的安装方式，本次主要从扫风叶片和导风板结构形式及安装参数调整进行解决。
　　2.2.1扫风叶片结构改进方法及实验验证。
　　从实验可知，靠近底壳左右两侧和导风板支撑架左右两侧的扫风叶片上积聚有凝露水；从测试数据可知，靠近左右两侧风速较低，存在涡流区；而导风板支撑架左右温度差较大，都会造成凝露水产生；因此，扫风叶片结构设计应考虑以下因素：
　　(1)扫风叶片的材料，表面形状，面积大小，是否开孔，厚度及叶片之间的间距；
　　(2)扫风叶片在出风口的位置，即叶片前缘与导风板的距离，后缘与贯流风叶的距离，上缘与蜗舌的距离，下缘与面板体的距离。
　　(3)考虑动态气流特征，改变与出风口距离，在导风板位置得到合适的湍流度，距离出风口越远，获得越高的湍流度。
　　经对以上因素进行优化调整，减少扫风叶片的风阻；经实验测试平均风量损失由原来的25m3减小到16m3，扫风叶片上的凝露问题解决。
　　2.2.1导风板结构的改进方法及实验验证。
　　从实验可知，导风板上的凝露主要集中在导风板的下板；从测试数据可知，下板下部风速和温度相对于上部都很低，通过的风量很小；因此，导风板结构设计应考虑以下因素：
　　(1)导风板形状设计为翼形绕流结构，增加尾端的引流作用；
　　(2)导封板厚度选取较厚为最佳值，降低热量传导性能；
　　(3)导风板上下偏移角度设定为能满足要求的最佳值。
　　经对以上因素进行优化调整并实验验证得出：减短单导风板的上下板之间间距，增加下板的厚度，重点是下板前端厚度，对下板倒斜角或圆角成为翼形结构后凝露效果最好。
　　
　　2.3出风口四周结构改进方法及实验验证
　　从实验可知，出风口四周下沿和两侧存在凝露小水珠的现象，此处冷风和周围热风在面板体上为交界面接触。因此，出风口四周结构应考虑以下因素：
　　(1)设置隔热空气槽，空气隔层有利于隔断温度传递。
　　(2)四周边缘设置圆角过度，可以改变气流扩散方向，使气流通过；四周厚度选取最佳值。
　　本实验在出风口上下沿端面沿着长度方向设置2mm宽，1.5mm深的凹槽，两侧边缘设置小圆角过度，凝露现象解决。
　　
　　3　结论
　　
　　空调器出风口凝露是风速场和温度场综合影响的结果，但是影响风速和温度的因素非常多，对于新设计外观结构的空调器而言主要是导风板，扫风叶片结构及其参数的影响；通过对出风口结构尺寸，形状等进行不断调整优化并测试出风口风速和温度分布，使出风口风速和温度分布均匀，达到最佳效果后再结合凝露实验测试可以缩短新品开发周期，减少实验资源投入，提高空调器的质量和企业竞争力。

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