壁挂式室内机导风板送风舒适性研究与优化

壁挂式室内机导风板送风舒适性研究与优化

王启龙   李玉泽   骆妍

珠海格力电器股份有限公司     广东珠海519070

摘要：随着人们生活水平不断提高，以及全球气温不断升高，空调器已经是日常家庭不可或缺的家电产品。本文通过笔者对空调器导风板结构的研究，结合康达效应，对导风板进行结构改进，最大程度的提升空调器送风舒适性，对后续开发人员在导风板设计上起一定的参考作用。

关键词：壁挂机；导风板；送风舒适性

Abstract：With improvements of people’s living standards and the continuous rise of global temperatures, air conditioner has become a standard household appliance for families. This article conducts research on the structure of the air conditioner air guide plate, combined with the coanda effect, to improve the structure of the air guide plate and maximize the comfort of air supply in the air conditioner.which provides a reference for subsequent developers in the design of guide plate and front panel.

Key words：wall-mounted unit； air guide plate；flow comfort

1 引言

挂壁式空调器的送风系统中导风板的设计较大地影响着空调的送风舒适性，尤其是炎热的夏季，制冷模式导风板冷风吹人问题尤为明显，直吹向人体的冷风往往会导致感冒发烧等空调病，带给消费者很大的困扰。部分消费者为了避免冷风直吹，在空调内机出风口增加遮挡板的方式，引导出风沿挡板吹向天花板，避免冷风直接吹向人体，但此方案严重影响空调整体的美感，遮挡板容易造成凝露滴水等问题。也有在出风口的叶片或导风板上增加微孔，实现微孔层流柔和送风，但是这种方式在工作时对于整机的风量、性能有比较大的影响，在无形中增加了能耗，且设计成本相对较高[1-4]。笔者基于现有空调产品问题分析，利用软件模拟分析，实验论证，给出一种低成本、冷风不直吹人体的导风板优化方案。

2现有方案分析

康达效应(Coanda Effect)亦称附壁作用或柯恩达效应，具体表现为流体（水流或气流）有偏离原本流动方向，改为随着凸出的物体表面流动的倾向。当流体与它流过的物体表面之间存在表面摩擦时，流体的流速会减慢。只要表面的曲率不是太大，流速的减缓会导致流体被吸附在物体表面上流动[5]。如图1所示，导风板的导风面以及凸包过渡处的曲率较小，出风气流遇到导风板导风面流速减缓，满足了康达效应产生的条件。

图1 导风板导风面曲率图

如图2所示，导风板在定格1角度制冷时，因为内导风板的结构呈弧形，导风面为曲面，当出风气流贴着型线流动时，流速减缓，在凸包过渡处产生康达效应，部分气流依附过渡曲面流动，导致地面水平距离2m远处送风高度下降至0.9m，冷风吹人。

图2 制冷模式导风板定格1示意图

3现有方案改进措施

从康达效应发生的条件来看，内导风板凸包过渡处是引起部分气流下降的直接原因，因此从此处着手改变贴面气流的流向，即可提升整体的送风高度。如图3所示，在凸包过渡处增加一条细长筋条，筋条的主要作用是降低此处康达效应的影响，当贴着导风面的气流碰到筋条时，受到阻力从而导致流向发生变化。

图3 导风板增加凸筋截面示意图

3.1改进后的效果分析

首先利用ANSYS fluent软件对增加筋条前后，导风板导风面风向的变化进行初步判断。其他条件设定一致，只改变导风板凸包处筋条，仿真结果如下：

1、空气流向对比

图4未加筋条空气流向

图5增加筋条空气流向

2、空气云图对比

图6未加筋条空气云图

图7 增加筋条空气云图

通过气流流向对比可以看出，在增加筋条后，气流在凸包过渡处的流向变化还是很明显的，相较于光滑的曲面过渡，导风筋条对于气流的抬升效果明显。通过空气云图对比可以看出，增加筋条后，整体的气流有抬升的趋势，对于远处的气流落地距离有明显的提高，可以预见，水平距离2m远处的冷风高度也会有所提升，对舒适性有一定的改善。

仿真分析只是在理论上验证方案的可行性，对筋条增加前后空气气流流向的趋势有一个简单地呈现，对手板实验有一个方向上的指导。具体气流流向的影响、落地距离和送风高度也与筋条的结构参数、实验环境有着较大的关系，后续还是要以舒适性实验结果确定具体方案。在进行手板实验前，需要进一步对筋条结构参数进行理论分析。

图8 导风板凸筋示意图

根据摩擦阻力f的定义可知，导风筋条的设置角度以及高度（如图8所示）对冷气流的流向有重大影响:

公式中， C_d为摩擦系数， 为冷气流密度， 为冷气流流速，l为导风筋条高度，L为导风筋条总长，f与l成正比；同时α越小，阻力越大。导风筋条高度过小则难以抬升冷气流，冷气流仍然贴合导风面往下流动，导风筋条高度过大则冷气流损耗过大，房间制冷效率低。导风面与导风筋条高度方向的夹角为α。当0°<α<90°时，冷气流容易回流到出风口，制冷效率偏低；当α=90°时，阻止冷气流的康达效应，不再贴在导风面往下流动，但是冷气流所受阻力最大，容易损耗风量；当90°<α<180°时，冷气流往上流动，所受阻力较小，同时兼顾舒适性以及制冷效率。

3.2实验对比验证

首先测试一组未加筋条导风板的舒适性数据，工况为外35℃/内27℃，超强风挡（内风机转速1320rpm），导风板最上位置出风，扫风叶片垂直，遥控器设置16℃（制冷），测试数据如图9所示，2m远处冷风下沿高度为0.9m,不满足不吹人的要求。

图9 导风板未加凸筋制冷送风曲线图

同等工况下再测试一组加筋条的导风板舒适性数据，筋条的手板制作方式为，裁剪宽度为2mm（便于牢固粘贴），厚度为1mm的3M胶纸，粘贴2层到导风板凸包过渡处，如图10所示，测试数据如图11所示，2m处冷风下沿高度为1.8m，满足企标要求同时，有大幅度提升。

图10 导风板增加凸筋制冷送风数据图

4结论

通过理论分析与实验验证，推荐导风筋条的高度为1-2mm，筋条与迎风面的夹角α为90-120°，长度与凸包长度一致即可，当然，具体的参数和位置需要结合模具情况、外观影响进行确定。康达效应在空调领域中的应用也比较常见，有的空调就是利用康达效应达到更好的送风效果，然而也有对空调舒适性、凝露等产生不良影响的。在后续开发设计、整改中，如何快速避免或利用康达效应，我们需要从其根本原理上着手：改变结构过渡面的曲率就可以有效改善康达效应，增大导风面曲率，降低康达效应的影响，减小导风面曲率，增加康达效应的影响。最常用的结构特征就是细小筋条、大小圆角，本例中就是通过在凸包过渡处增加筋条增大过渡曲率，从而改善流体流向，提高舒适性。

参考文献

[1] 余欣锋;邓浩光.一种壁挂机改善吹风效果设计思路[J].日用电器，2018(06):69-71+75

[2] 陈绍林, 熊军, 周孝华, 李超, 徐志亮. 基于涡动气流不适率的空调送风方式研究与应用[J]. 制冷与空调, 2019, 19(06): 14-19.

[3] 周卫方. 基于人体舒适度的空调房间控制系统设计[D]. 长沙: 湖南大学, 2017.

[4]张郭辉,赵荣华,段华锋,莫培山.空调舒适风感及一种实现方案[J]. 家电科技,2021(S1) 195-198.

[5] 施清清; 杨为标; 眭敏. 分体式空调室内机出风口流场及凝露机理研究与控制[J]. 日用电器,2022(05): 11-15+26.

作者简介：

王启龙（1988 －），男，硕士研究生，中级工程师，主要从事空调结构设计研究工作。