□ 王宇順 □ 殷哲浩

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1 測試背景

空調(diào)箱制造企業(yè)的產(chǎn)品滿足歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 1886,對提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力及空調(diào)箱產(chǎn)品性能具有一定的積極意義,具體體現(xiàn)在通過對EN 1886的熟悉及測試結(jié)果分析,達(dá)到對產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的積累,以及對測試準(zhǔn)備過程中出現(xiàn)問題處理能力的提升,從而更好地強(qiáng)化設(shè)計(jì)理念。測試可以幫助設(shè)計(jì)者優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì),提高產(chǎn)品性能,降低成本,基于EN 1886開發(fā)的新產(chǎn)品更能贏得客戶的認(rèn)可。因此,在空調(diào)箱箱體設(shè)計(jì)階段,有必要按EN 1886進(jìn)行測試,驗(yàn)證設(shè)計(jì)理念,提升設(shè)計(jì)能力,同時(shí)為認(rèn)證積累一定的測試經(jīng)驗(yàn)。

筆者基于EN 1886對空調(diào)箱箱體機(jī)械強(qiáng)度、漏風(fēng)量、熱性能三個(gè)方面進(jìn)行測試,并進(jìn)行分析,通過測試來驗(yàn)證箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理,發(fā)現(xiàn)箱體漏風(fēng)量測試過程中的問題,把握熱性能測試方面的關(guān)鍵點(diǎn),為進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一定的參考,并為制定相關(guān)試驗(yàn)指導(dǎo)文件提供依據(jù)。

2 測試對象

測試的空調(diào)箱箱體高和寬分別在0.9～1.4 m之間,外表面總面積在10～30 m2之間,由兩個(gè)運(yùn)輸功能段箱體箱體A 、箱體B對拼,每一個(gè)運(yùn)輸功能段至少有一個(gè)檢修門,帶鉸鏈合頁、標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)手柄,不帶窗戶,并且每一個(gè)運(yùn)輸功能段至少包括一個(gè)固定面板。

3 機(jī)械強(qiáng)度測試

空調(diào)箱箱體機(jī)械強(qiáng)度測試主要測試箱體的變形量及最大靜壓條件下箱體是否發(fā)生永久變形。測試空調(diào)箱箱體的變形量時(shí),測試點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在箱體變形最大或者最惡劣的點(diǎn)位。通過對空調(diào)箱箱體在靜壓1 000 Pa條件下進(jìn)行有限元模擬分析,得到變形量最大的區(qū)域及數(shù)值。空調(diào)箱箱體有限元分析結(jié)果如圖1所示。根據(jù)分析結(jié)果,在測試時(shí)百分表在箱體四周及頂部布置,分別如圖2、圖3所示。

▲圖1 空調(diào)箱箱體有限元分析結(jié)果

▲圖2 百分表在空調(diào)箱箱體四周布置▲圖3 百分表在空調(diào)箱箱體頂部布置

經(jīng)過機(jī)械強(qiáng)度測試,驗(yàn)證空調(diào)箱箱體面板的變形量符合設(shè)計(jì)要求,也驗(yàn)證面板內(nèi)加強(qiáng)筋的有效性。在最大靜壓下,空調(diào)箱箱體滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,未發(fā)現(xiàn)永久變形的面板。

4 漏風(fēng)量測試

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,空調(diào)箱箱體漏風(fēng)量測試應(yīng)在正壓700 Pa和負(fù)壓-400 Pa下進(jìn)行。將機(jī)組內(nèi)靜壓調(diào)整至規(guī)定值的5%范圍內(nèi),當(dāng)噴嘴前后壓差大于80 Pa時(shí),記錄漏風(fēng)量和測試壓力。

在以上測試條件下,鉸鏈門的類型會影響空調(diào)箱箱體在正負(fù)壓下的漏風(fēng)性能。由于測試前已預(yù)見這一問題,因此實(shí)施了應(yīng)對措施。通過這一測試,確認(rèn)在制定測試指導(dǎo)文件時(shí),需考慮應(yīng)對措施的標(biāo)準(zhǔn)化,從而保證測試精度。

5 熱性能測試

熱性能測試需要的器材包括鼓風(fēng)機(jī)、電加熱器、溫度探頭、熱成像儀表等,其中,鼓風(fēng)機(jī)數(shù)量、溫度探頭布置是測試的關(guān)鍵。在空調(diào)箱箱體內(nèi)布置鼓風(fēng)機(jī),目的是使熱空氣在箱體內(nèi)流動,并最終在箱體內(nèi)均勻分布?？照{(diào)箱箱體內(nèi)容積大于6 m3,外部長度大于4 m,鼓風(fēng)機(jī)數(shù)量為八臺,鼓風(fēng)機(jī)布置如圖4所示。

▲圖4 鼓風(fēng)機(jī)布置

測試在長度方向等分為三個(gè)測量段。溫度探頭懸空布置于箱體內(nèi)外,其中,箱體內(nèi)布置16個(gè)溫度探頭ti1 ～ ti16,每一個(gè)頂角、底角及每一等分面邊角處各一個(gè),相距每一側(cè)面為100 mm;箱體外布置6個(gè)溫度探頭ta1 ～ ta6,與箱體六個(gè)面中心之間的垂直距離為250 mm。箱體距離地面300 ～400 mm,溫度探頭布置如圖5所示。

溫度探頭布置關(guān)系到測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,是保證采集熱性能數(shù)據(jù)可靠的前提。在采集熱性能數(shù)據(jù)前,還必須滿足如下條件,達(dá)到穩(wěn)態(tài):① 箱體內(nèi)外平均溫度差達(dá)到20 K;② 箱體內(nèi)各測點(diǎn)溫度差不超過0.5 K,箱體外各測點(diǎn)溫度差不超過0.5 K;③ 箱體內(nèi)等分區(qū)域的平均溫度差不超過0.5 K。

在30 min內(nèi),所有內(nèi)部測點(diǎn)、外部測點(diǎn)溫度各取兩組數(shù)據(jù)作為計(jì)算熱傳遞系數(shù)的輸入數(shù)據(jù)。

6 冷橋因子計(jì)算

借助熱成像儀找到空調(diào)箱箱體外表面溫度最高的區(qū)域,布置溫度測點(diǎn)讀取相關(guān)數(shù)據(jù)。箱體外熱成像如圖6所示。

▲圖6 空調(diào)箱箱體外熱成像

根據(jù)測試數(shù)據(jù)計(jì)算冷橋因子kb,為:

kb=Δtmin/ Δtair

(1)

Δtmin=ti-tsmax

(2)

Δtair=ti-ta

(3)

式中:Δtmin為最小溫差;Δtair為箱體內(nèi)外溫差;ti為箱體內(nèi)部平均空氣溫度;ta為箱體外部平均空氣溫度;tsmax為箱體表面溫度。

冷橋因子計(jì)算可以與熱傳遞系數(shù)測試同時(shí)進(jìn)行,即在讀取熱傳遞相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí),同時(shí)讀取外表面最高溫度點(diǎn)數(shù)據(jù)。

7 結(jié)束語

在空調(diào)箱箱體設(shè)計(jì)階段,基于歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 1886對箱體進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度測試,應(yīng)用有限元分析進(jìn)一步驗(yàn)證面板設(shè)計(jì)及面板內(nèi)部加強(qiáng)筋布置的合理性。

風(fēng)機(jī)數(shù)量及布置、溫度探頭布置是熱性能測試的關(guān)鍵,關(guān)系到測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及采集數(shù)據(jù)的可靠性,嚴(yán)格把握穩(wěn)態(tài)條件是熱性能測試成功與否的主要影響因素。

通過對箱體漏風(fēng)量、熱傳遞系數(shù)、冷橋因子的測試計(jì)算,驗(yàn)證在當(dāng)前設(shè)計(jì)理念下箱體密封性能及熱性能的優(yōu)劣。所有測試結(jié)果都能反映出一定的設(shè)計(jì)問題,針對不同問題進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn),這是測試的意義所在。