KFR70-LW/Bd空调器室外机组流场试验分析

    从外观上看,分体式房间空调器室外机组的风系统部分结构比较简单,但是,事实并非如此。首先,冷凝器器芯是矩形的,而风扇是圆形的,造成了两者面的不匹配,气动性能降低;其次,进入风扇的气流是经过肋片密集的冷凝器后进入的,使该类风机进口截面上气流必然处于复杂的状态[1]。在这样的进气条件下工作的风系统,无论气动性能,还是噪声,都有一定程度的恶化;最后,流场分布的好坏直接影响换热器的换热。因此,对空调器风系统的流场进行研究是十分必要的。采用数值模拟的方法进行流场研究时,要涉及网格的划分,边界条件的处理,合适的湍流模型及正确的湍流参数的选取等工作[2,3],而要合理、快捷地进行这些工作,没有实验数据的支持是非常困难的。目前有关空调器室外机组内外气动参数分布的详细资料很少,因此,本文采用试验的方法对KFR70-LW/Bd空调器室外机组流场进行测量研究,为空调器室外机组(下简称室外机组)的CFD计算提供可靠的数据,并为改进换热器结构、降低噪声提供帮助。

    1　测量仪器设备及测量方案

    在通风机行业,一般用皮托管来测量流速。但空调器室外机组流场中气流速度的量级为零点几米到几米之间,对应的水柱读数小,以致无法用皮托管来测量流速。由于热线探头特别适于感受低的流速(速度低限达到0.02 m/s),因此本试验选用热线及热线风速仪来测量流速。所用热线风速仪为DANTECStremline 90N10 Frame,测量所用的热线探头为一维热线55P01(热丝),三维热线55R91(热膜),二维热线55R51(热膜),55P54(热丝)。

    外部流场采用一维及二维热线探头;内部流场采用二维及三维热线探头。使用二维热线探头测量速度时,通过把探头旋转90°即可实现三维测量,测量数据包括各测点的平均速度、脉动速度和湍流度。热线探头在使用前要在校准风洞中校准(热线风速仪自带校准风洞),热线风速仪配备计算机后,能实现校准和测量数据的自动采集、A/D转换、拟合、插值运算、存储以及在线分析等功能。

    2　测量结果与分析

    在实验数据的整理和处理过程中采用直角坐标系,轴向位置(X)平行风扇轴线,坐标原点在前面板圆弧中心,速度单位为m/s。坐标系定义如图1所示。

    2.1　风扇出口的速度分布

    风扇出口测量4个截面的参数,各截面距前面板的距离分别为30 mm、80 mm、230 mm、380 mm。限于篇幅,只选取了30 mm、230 mm处的速度场进行分析。图2～图5分别给出了沿X、Y、Z方向各截面的速度分布情况。为了说明方便,文中以U表示X方向(轴向)速度,V表示Y方向速度,W表示Z方向速度。

    图2、图3表示了X方向30 mm和230 mm截面的速度分布。从速度分布可以看出,在风扇出口,轴向速度(X方向)在风扇中径处最大,向风扇轮毂和叶尖方向发展,轴向速度逐渐减小。图3(a)的轴向速度分布表明,气流在向下游流动过程中,不断和周围空气发生质量和动量交换,速度减小,且在所有测点,速度开始趋于均匀。结合速度矢量图分析V、W的分布可以看出,Z方向速度(W)在风扇左侧是负值,而在右侧为正值;Y方向速度(V)基本是负值。这表明风扇出口气流在向下游流动时,是和风扇同方向旋转的,直至下游某一位置,速度分布开始变得零乱,旋转运动逐渐趋于消失。