刘禾铭

摘要：空调室外机会受到天气影响，如果雨水渗入关键零部件可能会影响空调的正常工作。本文通过对顶盖吊挂孔进水的过程进行仿真，分析右侧板零件上凸筋结构对防雨效果的影响，并且在淋雨实验室进行验证。结果证明，VOF多相流模型的仿真结果对实际情况有指导意义。

关键词：空调外机 VOF 接触角 水滴撞击特性

1.引言

空调室外机内部有主板等关键零部件，如有雨水进入会导致其不能正常工作，而空调外机受结构及模具限制，无法做到全封闭。目前常用的方式是增加遮挡零件或贴海绵密封，但增加遮挡零件会增加成本或降低效率，而贴海绵遮挡从长期看会脱落或破损。最好的方式是在现有零件上增加结构特征，采用结构特征来改善防雨效果。

空调外机顶盖一般都会有吊挂孔来保证顶盖的喷塑质量，位置一般在空调外机顶盖零件两侧的位置，孔所对应的位置是空调的右侧板零件，本文通过对此处局部的结构的分析，研究右侧板凸筋结构对防雨效果的影响。

2.研究方法与模型的建立

2.1 基本假设与参数

本文主要研究对象为空调外机右侧板和顶盖零件，分析对象为室外机局部区域截面（如图1），重点分析右侧板零件上凸筋结构对防雨效果的影响。本文简化水滴的影响因素，仅针对一个水滴研究，不考虑水滴蒸发，互相碰撞的影响，全程仅受重力，空气及零件结构的影响。

2.2仿真参数的选择与简化：

●水滴的壁面接触角：气液相的界面与固液相的界面之間夹角称为液滴的静态接触角。由于本文水滴的接触面为空调外机零件的喷塑层，为简化计算，本文接触角按100°计算。

●水滴的直径与速度：按一般大气条件（P=1013hpa，T=20°C）条件雨滴直径大小一般介于0.01mm～5.8mm之间，当雨滴尺寸增大时，雨滴底面演变为凹面，空气阻力大于内聚力导致破碎。由于实验室采用的喷头水滴大小有一定随机性，按比较恶劣的4mm直径来模拟。实测水滴速度一般介于0m/S到12m/s之间。

●雨滴冲击角度：参考家用电器相关标准，将被测机固定在淋雨台上，持续测试30 min。本文分析较为恶劣情况（例如刮风较大），按θ≈0°来计算。

空调室外机顶盖与右侧板配合理论间隙是0mm，但因为装配及零件公差，实际情况会有间隙（螺钉偏位+顶盖公差+右侧板公差）。其中，螺钉孔偏位（即考虑装配顶起情况），按偏位到极限0.8mm计算，顶盖公差按到定位位置的冲裁公差0.2mm计算，右侧板按到定位位置的成型公差0.4mm计算;故顶盖与右侧板上侧间隙（见图3左上）极限最大值为1.4mm，也是雨水可能进入的途径。

2.3 有限元模型的建立

本文采用仿真软件中多相流模型，主相为气相，次相为液相。本文为水滴冲击壁面，采用Volume of Fluid模型分析，VOF模型用于跟踪两种或多种不同相流体界面位置，界面跟踪是通过求解相连续性方程完成，通过求出体积分量中急剧变化的点来确定分型面的位置。适用于本文分析的情况：

3.仿真结果与分析

3.1模拟验证情况

将参数代入仿真软件，分别对比不同速度下有凸筋和无凸筋的仿真现象并记录，记录图片如下：

通过以上仿真情况分析得：

1、通过查看水滴过程，可得增加凸筋能在一定程度上阻挡水滴冲击，相比无凸筋的情况，水滴能冲击的高度较矮，水滴较难进入缝隙;

2、通过查看运动过程可推断，结构上凸筋一般需高于顶盖吊挂孔的高度才能有阻碍效果，吊挂孔的高度越低效果会越好。

3、通过对比不同速度的水滴现象，当水冲击速度加大时候，水滴就会出现破碎状，呈小液滴飞溅，通过缝隙进入机身的可能性会增大。

3.2实际验证情况

采用与仿真结构相同的两种右侧板零件，分别在实验室进行试验验证（如图4），验证情况见下表。

通过以上实验情况，可见实验与仿真结论基本相同，实验结果表明，VOF多相流模型的仿真结果对实际情况有指导参考意义。

4.结论

本文对水滴冲击空调外机的局部结构进行仿真，通过仿真能直观的查看到水滴在各个时间下的状态和变化情况，并且进行了实验验证。虽然本文对雨滴冲击过程的仿真较为理想，实际情况随机性较大，但在产品设计中，可采用类似方法初步了解水滴冲击的过程，对不同凸筋的高度，位置等进行仿真，以便选择合适的参数或对产品提前进行优化。

参考文献

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