劉禾銘

摘要：空調(diào)室外機會受到天氣影響，如果雨水滲入關(guān)鍵零部件可能會影響空調(diào)的正常工作。本文通過對頂蓋吊掛孔進水的過程進行仿真，分析右側(cè)板零件上凸筋結(jié)構(gòu)對防雨效果的影響，并且在淋雨實驗室進行驗證。結(jié)果證明，VOF多相流模型的仿真結(jié)果對實際情況有指導意義。

關(guān)鍵詞：空調(diào)外機 VOF 接觸角 水滴撞擊特性

1.引言

空調(diào)室外機內(nèi)部有主板等關(guān)鍵零部件，如有雨水進入會導致其不能正常工作，而空調(diào)外機受結(jié)構(gòu)及模具限制，無法做到全封閉。目前常用的方式是增加遮擋零件或貼海綿密封，但增加遮擋零件會增加成本或降低效率，而貼海綿遮擋從長期看會脫落或破損。最好的方式是在現(xiàn)有零件上增加結(jié)構(gòu)特征，采用結(jié)構(gòu)特征來改善防雨效果。

空調(diào)外機頂蓋一般都會有吊掛孔來保證頂蓋的噴塑質(zhì)量，位置一般在空調(diào)外機頂蓋零件兩側(cè)的位置，孔所對應的位置是空調(diào)的右側(cè)板零件，本文通過對此處局部的結(jié)構(gòu)的分析，研究右側(cè)板凸筋結(jié)構(gòu)對防雨效果的影響。

2.研究方法與模型的建立

2.1 基本假設與參數(shù)

本文主要研究對象為空調(diào)外機右側(cè)板和頂蓋零件，分析對象為室外機局部區(qū)域截面（如圖1），重點分析右側(cè)板零件上凸筋結(jié)構(gòu)對防雨效果的影響。本文簡化水滴的影響因素，僅針對一個水滴研究，不考慮水滴蒸發(fā)，互相碰撞的影響，全程僅受重力，空氣及零件結(jié)構(gòu)的影響。

2.2仿真參數(shù)的選擇與簡化：

●水滴的壁面接觸角：氣液相的界面與固液相的界面之間夾角稱為液滴的靜態(tài)接觸角。由于本文水滴的接觸面為空調(diào)外機零件的噴塑層，為簡化計算，本文接觸角按100°計算。

●水滴的直徑與速度：按一般大氣條件（P=1013hpa，T=20°C）條件雨滴直徑大小一般介于0.01mm～5.8mm之間，當雨滴尺寸增大時，雨滴底面演變?yōu)榘济?，空氣阻力大于?nèi)聚力導致破碎。由于實驗室采用的噴頭水滴大小有一定隨機性，按比較惡劣的4mm直徑來模擬。實測水滴速度一般介于0m/S到12m/s之間。

●雨滴沖擊角度：參考家用電器相關(guān)標準，將被測機固定在淋雨臺上，持續(xù)測試30 min。本文分析較為惡劣情況（例如刮風較大），按θ≈0°來計算。

空調(diào)室外機頂蓋與右側(cè)板配合理論間隙是0mm，但因為裝配及零件公差，實際情況會有間隙（螺釘偏位+頂蓋公差+右側(cè)板公差）。其中，螺釘孔偏位（即考慮裝配頂起情況），按偏位到極限0.8mm計算，頂蓋公差按到定位位置的沖裁公差0.2mm計算，右側(cè)板按到定位位置的成型公差0.4mm計算;故頂蓋與右側(cè)板上側(cè)間隙（見圖3左上）極限最大值為1.4mm，也是雨水可能進入的途徑。

2.3 有限元模型的建立

本文采用仿真軟件中多相流模型，主相為氣相，次相為液相。本文為水滴沖擊壁面，采用Volume of Fluid模型分析，VOF模型用于跟蹤兩種或多種不同相流體界面位置，界面跟蹤是通過求解相連續(xù)性方程完成，通過求出體積分量中急劇變化的點來確定分型面的位置。適用于本文分析的情況：

3.仿真結(jié)果與分析

3.1模擬驗證情況

將參數(shù)代入仿真軟件，分別對比不同速度下有凸筋和無凸筋的仿真現(xiàn)象并記錄，記錄圖片如下：

通過以上仿真情況分析得：

1、通過查看水滴過程，可得增加凸筋能在一定程度上阻擋水滴沖擊，相比無凸筋的情況，水滴能沖擊的高度較矮，水滴較難進入縫隙;

2、通過查看運動過程可推斷，結(jié)構(gòu)上凸筋一般需高于頂蓋吊掛孔的高度才能有阻礙效果，吊掛孔的高度越低效果會越好。

3、通過對比不同速度的水滴現(xiàn)象，當水沖擊速度加大時候，水滴就會出現(xiàn)破碎狀，呈小液滴飛濺，通過縫隙進入機身的可能性會增大。

3.2實際驗證情況

采用與仿真結(jié)構(gòu)相同的兩種右側(cè)板零件，分別在實驗室進行試驗驗證（如圖4），驗證情況見下表。

通過以上實驗情況，可見實驗與仿真結(jié)論基本相同，實驗結(jié)果表明，VOF多相流模型的仿真結(jié)果對實際情況有指導參考意義。

4.結(jié)論

本文對水滴沖擊空調(diào)外機的局部結(jié)構(gòu)進行仿真，通過仿真能直觀的查看到水滴在各個時間下的狀態(tài)和變化情況，并且進行了實驗驗證。雖然本文對雨滴沖擊過程的仿真較為理想，實際情況隨機性較大，但在產(chǎn)品設計中，可采用類似方法初步了解水滴沖擊的過程，對不同凸筋的高度，位置等進行仿真，以便選擇合適的參數(shù)或?qū)Ξa(chǎn)品提前進行優(yōu)化。

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