1 引言
随着社会经济的发展和室内环境舒适性对人们生活的不断提高，推动了空调领域的研究和发展。壁挂式空调房间的舒适性主要由送风角度和送风量决定，因此通过优化导风门弧度和位置来调节空调房间的舒适性有重要意义。目前，国内外专家针对家用壁挂式空调形成的内部流场和舒适性环境进行了大量研究[1-2]。鄢任樵等[3]根据壁挂式空调不同的出风角度和不同的出风速度，得出不同的室内温度场。丁勇花等[4]通过对室内气流组织速度、温度和湿度的研究得出人体最佳舒适性环境。高军等[5]得出壁挂式空调风速大小对室内垂直温差及水平温度均匀度有很大的影响。舒朝晖等[6]针对室内机导风板不同角度对空气流场的影响，提出导风板的存在可以改变流体方向和分散射流速度轴心区，使室内流场和温度更加均匀。本文通过对空调内机导风板弧度及位置进行优化设计，利用Ansys软件仿真模拟以及实验验证，确定最佳的导风板弧度，可以在同等室内环境下，快速形成合理的内部流场，提高用户在室内环境的舒适性。
2 导风板结构设计
2.1传统挂壁式空调内机导风板结构
(1)单导风板
单导风板适用于机体较小或出风口宽度狭窄的挂壁式内机，但存在风向机械而呆板的现象。为搭配整体外观效果，目前单导风板多设计为弧形，出风方式单一，虽然在空间里能实现三维多角度的扫风，实现快速热交换和快速降温，但是垂直温差及水平空间均匀度不佳，人体舒适性较差。
(2)双导风板
双导风门结构由一个内导风板和一个外导风板组成，适用于机体较大或出风口宽度宽阔的挂壁式内机，因为两个单导风板由两个独立的步进电机控制，所以双导风板挂壁式内机出风方式大于单导风板挂壁式内机。然而随着导风板长度的增加，气流稳定性也同时放大，噪音也会随之增加，如若增大导风板宽度，风量也随之减少，同时导风板越长、越窄，模具注塑出来的零件易变形，影响整体外观。
2.2新型挂壁式空调内机导风板结构
基于目前传统导风板送风方向单一、舒适性差、风量小、易变形等问题，本文提供一种圆弧微孔双外导风板结构，该结构外观由一定曲率的圆弧构成，圆弧内表面布置一定数量的通孔。因双导风板分别由两个独立的步进电机控制，可以形成多种不同角度的送风方式，满足空调挂机能够同时朝不同的方向送风，增大可控送风范围，满足用户需求，且提高送风精准度，使导风效果好，提升用户体验。
3 双导风板弧度及位置优化仿真
3.1几何模型
本文选用家用某款挂机空调为实验对象，其主要内部结构由进气格栅、蒸发器、电加热器、贯流风叶、扩压道、导风门等结构组成。由于贯流风扇的轴向流动的稳定性好，沿轴线方向各风道截面的流场基本相似。在保证仿真计算精度的同时，为提高计算效率采用壁挂式内机二维模型进行模拟，首先对壁挂式内机二维模型进行合理简化。本文采用ANSYS Fluent 19.0软件进行仿真计算，挂壁式空调内机主要做以下简化：(1)将蒸发器和电加热简化为多孔介质区域；(2)将室内机的外观轮廓、贯流风叶叶片、换热管路等结构简化为壁面;(3)将二维图中对气流流动影响不大的区域做简化处理。
3.2双导风板弧度优化
本文为提高用户舒适性，达到挂式空调冷风上吹及热风下吹效果，在传统双导风板基础上结合康达效应对导风板弧度进行优化。根据双圆弧外导风板出风方式对导风板弧度进行优化，如图1所示分别设计了曲率为0.018和0.015的圆弧导风板，且上导风板和下导风板相对贯流风叶中心的水平距离分别为93mm、43mm，上导风板和下导风板相对贯流风叶中心的垂直距离分别为85mm、120mm。
图1 导风板示意图
制热模式下气流贴壁向下，然后暖气再沿地面升起形成地暖式送风，足部先暖，避免暖风直吹不舒适，制冷模式下气流水平上吹，然后气流再沿天花板向远处送风形成天幕式送风方式，避免冷风直吹不舒适。如图2为制热和制冷模式下流体仿真速度云图，从图2(a)-2(b)可知相同位置下曲率为0.018的导风板相对于曲率为0.015的导风板涡流严重，热风下压效果不佳且风量损失严重，经数值计算制热模式下曲率为0.018的导风板输出风量为612，出风口风速在4-7m/s之间，曲率为0.015的导风板输出风量为630m³/h，出风口风速在5-8m/s之间。从图2(c)-2(d)可知相同位置下曲率为0.018的导风板相对于曲率为0.015的导风板，冷风上吹效果不佳，而曲率为0.015的导风板形成的气流组织沿导风板水平射出，经数值计算制冷模式下曲率为0.015的导风板输出风量为640m³/h，出风口风速在5-8m/s之间。因此本文选用曲率为0.015的导风板。
图2 制热和制冷模式下流体仿真速度云图
5 结论
本文提出一种圆弧微孔双外导风板结构，通过两个导风板不同角度的转动，能够同时朝不同的方向送风，增大可控送风范围，且导风板上开设有微孔，以便于实现零风感功能，送风精准度高，导风效果好，提升用户体验。
CFD仿真结果表明：通过改进双导风板的弧度并结合康达效应，在保证导流效果的同时又满足风量要求、改善气流流经双导风板的状态，达到冷风上吹，暖风下吹的效果，提高用户舒适度符。
参考文献
[1] 胡洪昊,陈伟,梁鑫等.分体式空调不同环境下热风落地性研究[C].中国家用电器协会.2020年中国家用电器技术大会论文集.中国家用电器协会：《电器》杂志社,2020:6.
[2] 邓晓芳.办公建筑典型空调对流末端送风口流场特性及热舒适优化研究[D].重庆大学,2021.
[3] 鄢仁樵,陈丽萍,龚延风等.排风均流器的阻力系数研究[J].暖通空调,2015,45(03):106-109.
[4] 丁勇花,狄育慧,王智鹏.热舒适模型与热适应模型的对比分析[J].低温建筑技术,2015,37(04):149-152.
[5] 高军,曾令杰.地铁站轨行区排风均匀性模拟研究与实验验证[J].建筑热能通风空调,2015,34(05):30-33.
[6] 舒朝晖,段亚雄,张强等.空调室内机导流板角度对流场影响的大涡模拟[J].流体机械,2017,45(09):77-81.
作者简介：张挺，男，1986年01月18日出生，本科，任职于宁波奥克斯电气股份有限公司，研究方向为家用及商用空调。