CN114970291B - 一种基于有限元仿真技术的空调换热器大气腐蚀预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于有限元仿真技术的空调换热器大气腐蚀预测方法，先通过步骤S1和步骤S2，对被测空调换热器的导热管材料和散热翅片材料进行材料腐蚀预测模型的调试，再采用得到的调试后材料腐蚀预测模型，通过步骤S3和步骤S4，对被测空调换热器的换热器局部试验组件进行组件腐蚀预测模型的优化，最后采用得到的优化后组件腐蚀预测模型，通过步骤S5和步骤S6，在利用工况环境场综合模拟并耦合空调服役环境中的多物理场的情况下，实现对被测空调换热器在工况条件下于被测户外服役环境中工作任意预设时长后的大气腐蚀预测，得到包含腐蚀区域、腐蚀形貌类型和腐蚀量的大气腐蚀预测结果，具有预测准确性高、工作量及成本低的优点。

Description

一种基于有限元仿真技术的空调换热器大气腐蚀预测方法
技术领域
本发明涉及电气设备的大气腐蚀预测方法，具体的说是一种基于有限元仿真技术的空调换热器大气腐蚀预测方法。
背景技术
随着国家海洋经济高质量发展战略的规划，多种涉海设施建设正加快推进，近海或岛礁军事保障设施也在逐步完善。我国大部分海洋区域常年处于高温、高湿、高盐雾的“三高”严酷环境中，对电器产品的金属元器件的腐蚀较内陆有着更为严重的影响。同时，空调作为海洋区域不可或缺的民用电器，也是军事设施的重要保障条件，其中换热器是空调中最为重要的组件之一，其结构的完整性直接影响空调的换热性能。因此，有必要研究空调换热器在海洋环境中的大气腐蚀行为，利用有限元仿真技术来预测空调换热器的腐蚀部位，腐蚀速率以及腐蚀对其换热性能的影响，从而为空调换热器的防腐蚀设计和外部腐蚀防护工作提供指导意见，减少大量的试验工作以及时间和金钱成本。
金属大气腐蚀的本质是不同厚度薄液膜状态下的电化学腐蚀，薄液膜厚度的变化直接影响了电极反应的传质过程，进而对金属元器件的大气腐蚀速率造成显著影响。根据目前的理论研究，薄液膜厚度主要受温度，湿度以及盐沉积量等因素的影响，这其中温度条件不止受环境温度作用，同时也受工作状态下空调换热器表面温度变化的影响。因此，进行空调换热器大气腐蚀预测时需要综合考虑并耦合空调服役环境中的多物理场，才能更准确地仿真出空调换热器的大气腐蚀行为。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于有限元仿真技术的空调换热器大气腐蚀预测方法。
解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种基于有限元仿真技术的空调换热器大气腐蚀预测方法，其特征在于，包括：
步骤S1、通过电化学腐蚀实验，得到导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件的腐蚀速率实验结果；其中，所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件分别由被测空调换热器的导热管材料和散热翅片材料制成；
步骤S2、基于步骤S1的实验参数和结果，通过仿真软件，得到所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件的腐蚀速率仿真结果；并且，根据该腐蚀速率仿真结果与步骤S1所述腐蚀速率实验结果的对比，调试得到准确性达到要求的调试后材料腐蚀预测模型；
步骤S3、对换热器局部试验组件进行非工况条件下的盐雾腐蚀试验，以得到所述换热器局部试验组件包含腐蚀区域、腐蚀形貌类型和腐蚀量的腐蚀试验结果；
步骤S4、基于步骤S3的试验参数和结果，通过仿真软件，得到所述换热器局部试验组件包含腐蚀区域、腐蚀形貌类型和腐蚀量的腐蚀仿真结果；并且，根据该腐蚀仿真结果与步骤S3所述腐蚀试验结果的对比，优化得到准确性达到要求的优化后组件腐蚀预测模型；
步骤S5、采用空调外机包含被测空调换热器的空调器，并将所述空调外机安装于被测户外服役环境，以对所述空调器进行工况条件下的空调户外实证试验，得到所述空调器能够影响被测空调换热器腐蚀行为的在实证试验时长内的平均运行工况参数；
步骤S6、基于步骤S5所述平均运行工况参数和步骤S4所述优化后组件腐蚀预测模型，通过仿真软件，得到所述被测空调换热器在工况条件下于所述被测户外服役环境中工作任意预设时长后的大气腐蚀预测结果，该大气腐蚀预测结果包含腐蚀区域、腐蚀形貌类型和腐蚀量。
其中，所述步骤S1的具体过程包括：
步骤S1-1、在预设的实验环境条件下，分别对导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件进行电化学腐蚀实验，以得到导热管材料和散热翅片材料在腐蚀时的材料电化学数据；其中，所述实验环境条件包括温度、相对湿度和盐浓度，且所述实验环境条件的温度取值、相对湿度取值和盐浓度取值分别设置为步骤S5-4计算得到的平均大气温度、平均相对湿度和平均空气中盐雾粒子浓度，所述材料电化学数据包括阳极交换电流密度、阳极Tafel斜率、阴极交换电流密度和阴极Tafel斜率；
一般而言，所述导热管材料和散热翅片材料分别为铜和铝，但本发明不排除被测空调换热器的导热管和散热翅片采用其他材料制成的情况。
步骤S1-2、基于步骤S1-1得到的材料电化学数据，计算得到所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件在所述实验环境条件下的腐蚀速率实验结果。
优选的：所述步骤S1-1中，所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件均为长宽厚依次是10mm、10mm、3mm的长方体。
其中，所述步骤S2的具体过程包括：
步骤S2-1、分别构建所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件的标准试验件数字化几何模型，并将该两个标准试验件数字化几何模型导入仿真软件中；其中，所述标准试验件数字化几何模型可以通过Solidworks、Auto CAD等三维建模软件构建；所述仿真软件可以采用Ansys、Comsol等预置有大气腐蚀仿真模型的仿真软件。
步骤S2-2、采用所述仿真软件中预置的大气腐蚀仿真模型，并以步骤S1得到的导热管材料和散热翅片材料在腐蚀时的材料电化学数据作为边界条件，以构建得到基于壳电流分布的材料腐蚀预测模型；
步骤S2-3、在所述仿真软件中用所述材料腐蚀预测模型对所述两个标准试验件数字化几何模型进行腐蚀仿真计算，以得到所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件在与步骤S1-1所述实验环境条件相同的环境条件下的腐蚀速率仿真结果；
步骤S2-4、如果所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件的腐蚀速率仿真结果与步骤S1所得到腐蚀速率实验结果的误差大于预设的腐蚀速率误差阈值，说明当前的材料腐蚀预测模型的准确性未达到要求，则在对所述材料腐蚀预测模型的参数进行调试后（调试方式一般是将模型的参数修改为不同的经验值或按一定规律递变），重复步骤S2-3和步骤S2-4，直至所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件的腐蚀速率仿真结果与步骤S1所得到腐蚀速率实验结果的误差在所述腐蚀速率误差阈值以下时，说明当前的材料腐蚀预测模型的准确性已达到要求，则将当前的材料腐蚀预测模型作为所述调试后材料腐蚀预测模型。其中，所述腐蚀速率误差阈值的取值范围在5%至10%之间。
其中，所述步骤S3的具体过程包括：
步骤S3-1、通过金属切割机截取被测空调换热器的部分导热管和部分散热翅片，作为换热器局部试验组件，且所述换热器局部试验组件中导热管和散热翅片的接触方式与所述被测空调换热器中导热管和散热翅片的接触方式保持一致，确保导热管材料和散热翅片材料接触良好；
步骤S3-2、将所述换热器局部试验组件放置于盐雾试验箱中，并为所述盐雾试验箱设置恒定的试验环境条件，待所述换热器局部试验组件在盐雾试验箱中的放置时间达到预设的盐雾腐蚀试验时间后，取出所述换热器局部试验组件进行外貌观察和标定实验测量，以得到所述换热器局部试验组件包含腐蚀区域、腐蚀形貌类型和腐蚀量的腐蚀试验结果；其中，所述试验环境条件与步骤S1-1所述实验环境条件相同；所述盐浓度通过向所述盐雾试验箱喷洒一定质量分数的盐溶液实现；所述腐蚀区域一般分为腐蚀发生在导热管上、腐蚀发生在散热翅片上、腐蚀同时发生在导热管和散热翅片上三种情况。
其中，所述步骤S4的具体过程包括：
步骤S4-1、构建所述换热器局部试验组件的局部试验组件数字化几何模型，并将该局部试验组件数字化几何模型导入仿真软件中，其中，所述局部试验组件数字化几何模型中的导热管部分和散热翅片部分分别设置为相应的材料属性，也即：将所述局部试验组件数字化几何模型中的导热管部分和散热翅片部分分别设置为步骤S1-1所述导热管材料和散热翅片材料；其中，所述局部试验组件数字化几何模型可以通过Solidworks、Auto CAD等三维建模软件构建；所述仿真软件可以采用Ansys、Comsol等仿真软件。
步骤S4-2、在所述仿真软件中采用步骤S2所述调试后材料腐蚀预测模型，并以步骤S3-2所述试验环境条件以及步骤S1得到的导热管材料和散热翅片材料在腐蚀时的材料电化学数据作为边界条件，以构建得到基于壳电流分布的组件腐蚀预测模型；
步骤S4-3、在所述仿真软件中用所述组件腐蚀预测模型对所述局部试验组件数字化几何模型按步骤S3-2所述盐雾腐蚀试验时间进行腐蚀仿真计算，以得到所述换热器局部试验组件包含腐蚀区域、腐蚀形貌类型和腐蚀量的腐蚀仿真结果；
步骤S4-4、如果不满足模型可信度条件，说明当前的组件腐蚀预测模型的准确性未达到要求，则在对所述组件腐蚀预测模型的参数进行优化后（优化方式一般是将模型的参数修改为不同的经验值或按一定规律递变），重复步骤S4-3和步骤S4-4，直至满足模型可信度条件时，说明当前的组件腐蚀预测模型的准确性已达到要求，则将当前的组件腐蚀预测模型作为所述优化后组件腐蚀预测模型；
其中，所述模型可信度条件为同时满足：其一，所述腐蚀仿真结果和腐蚀试验结果的腐蚀区域与腐蚀形貌类型均相同；其二，所述腐蚀仿真结果和腐蚀试验结果的腐蚀量误差在预设的腐蚀量误差阈值以下；所述腐蚀量误差阈值的取值范围在5%至10%之间。
其中，所述步骤S5的具体过程包括：
步骤S5-1、安装空调器，其中，所述空调器的空调外机包含被测空调换热器，所述空调外机安装于被测户外服役环境，所述空调器的空调内机安装于室内；
步骤S5-2、在所述被测户外服役环境搭建小型气象站，以用于实时监测所述被测户外服役环境的大气温度、相对湿度和空气中盐雾粒子浓度；
步骤S5-3、在所述被测空调换热器的导热管进口处安装用于实时监测导热管进口温度的温度传感器和用于实时监测导热管进口制冷剂压力的压力传感器，并且，在所述空调器的散热风扇口处安装用于实时监测散热风扇口风速的风速传感器；
步骤S5-4、控制所述空调器按照预设的实证试验时长通电运行，以使所述被测空调换热器在工况条件下于所述被测户外服役环境中进行空调户外实证试验；并且，在所述空调户外实证试验结束后，基于步骤S5-2和步骤S5-3所述小型气象站、温度传感器、压力传感器和风速传感器得到的实时监测数据，计算得到所述空调器在所述实证试验时长内的平均运行工况参数，包括：所述被测户外服役环境的平均大气温度、平均相对湿度和平均空气中盐雾粒子浓度，以及，所述空调器的平均导热管进口温度、平均导热管进口制冷剂压力和平均散热风扇口风速。
其中，所述步骤S6的具体过程包括：
步骤S6-1、构建所述被测空调换热器的空调换热器数字化几何模型，并将该空调换热器数字化几何模型导入仿真软件中，其中，所述空调换热器数字化几何模型的组成部分按以下方式进行材料属性设置：导热管部分和散热翅片部分分别设置为步骤S1-1所述导热管材料和散热翅片材料，空调换热器除导热管和散热翅片之外的其余部分设置为钢铁材料，空调换热器的外部流体和内部流体分别设置为空气和制冷剂；其中，所述空调换热器数字化几何模型可以通过Solidworks、Auto CAD等三维建模软件构建；所述仿真软件可以采用Ansys、Comsol等仿真软件。
步骤S6-2、将步骤S5-4所述平均运行工况参数设置为所述空调换热器数字化几何模型的服役环境边界条件，并用所述仿真软件中预置的流体和固体传热模型、层流和湍流模型、物质传递模型进行求解，得到所述空调换热器数字化几何模型由空调器换热器服役环境多物理场耦合的工况环境场，包括：温度场、湿度场和盐雾场；
步骤S6-3、在所述仿真软件中采用步骤S4所述优化后组件腐蚀预测模型，并以步骤S6-2所述工况环境场作为边界条件，对所述空调换热器数字化几何模型进行为期任意预设时长的腐蚀仿真计算，以得到所述被测空调换热器在工况条件下于所述被测户外服役环境中工作所述预设时长后的大气腐蚀预测结果，该大气腐蚀预测结果包含腐蚀区域、腐蚀形貌类型和腐蚀量；其中，所述预设时长可以是任意时长，当步骤5-4所述实证试验时长的取值越大，则本发明能够在取值越大的预设时长下保证大气腐蚀预测结果的准确性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明先通过步骤S1和步骤S2，对被测空调换热器的导热管材料和散热翅片材料进行材料腐蚀预测模型的调试，再采用得到的调试后材料腐蚀预测模型，通过步骤S3和步骤S4，对被测空调换热器的换热器局部试验组件进行组件腐蚀预测模型的优化，最后采用得到的优化后组件腐蚀预测模型，通过步骤S5和步骤S6，在利用工况环境场综合模拟并耦合空调服役环境中的多物理场的情况下，实现对被测空调换热器在工况条件下于被测户外服役环境中工作任意预设时长后的大气腐蚀预测，得到包含腐蚀区域、腐蚀形貌类型和腐蚀量的大气腐蚀预测结果，具有预测准确性高、工作量及成本低的优点。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
图1为本发明的空调换热器大气腐蚀预测方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图对本发明进行详细说明，以帮助本领域的技术人员更好的理解本发明的发明构思，但本发明权利要求的保护范围不限于下述实施例，对本领域的技术人员来说，在不脱离本发明之发明构思的前提下，没有做出创造性劳动所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明公开的是一种基于有限元仿真技术的空调换热器大气腐蚀预测方法，包括：
步骤S1、通过电化学腐蚀实验，得到导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件的腐蚀速率实验结果；其中，所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件分别由被测空调换热器的导热管材料和散热翅片材料制成；
其中，所述步骤S1的具体过程包括：
步骤S1-1、在预设的实验环境条件下，分别对导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件进行电化学腐蚀实验，以得到导热管材料和散热翅片材料在腐蚀时的材料电化学数据；其中，所述实验环境条件包括温度、相对湿度和盐浓度，且所述实验环境条件的温度取值、相对湿度取值和盐浓度取值分别设置为步骤S5-4计算得到的平均大气温度、平均相对湿度和平均空气中盐雾粒子浓度，所述材料电化学数据包括阳极交换电流密度、阳极Tafel斜率、阴极交换电流密度和阴极Tafel斜率；
一般而言，所述导热管材料和散热翅片材料分别为铜和铝，但本发明不排除被测空调换热器的导热管和散热翅片采用其他材料制成的情况。
优选的：所述步骤S1-1中，所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件均为长宽厚依次是10mm、10mm、3mm的长方体。
步骤S1-2、基于步骤S1-1得到的材料电化学数据，计算得到所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件在所述实验环境条件下的腐蚀速率实验结果。
步骤S2、基于步骤S1的实验参数和结果，通过仿真软件，得到所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件的腐蚀速率仿真结果；并且，根据该腐蚀速率仿真结果与步骤S1所述腐蚀速率实验结果的对比，调试得到准确性达到要求的调试后材料腐蚀预测模型；
其中，所述步骤S2的具体过程包括：
步骤S2-1、分别构建所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件的标准试验件数字化几何模型，并将该两个标准试验件数字化几何模型导入仿真软件中；其中，所述标准试验件数字化几何模型可以通过Solidworks、Auto CAD等三维建模软件构建；所述仿真软件可以采用Ansys、Comsol等预置有大气腐蚀仿真模型的仿真软件。
步骤S2-2、采用所述仿真软件中预置的大气腐蚀仿真模型，并以步骤S1得到的导热管材料和散热翅片材料在腐蚀时的材料电化学数据作为边界条件，以构建得到基于壳电流分布的材料腐蚀预测模型；
步骤S2-3、在所述仿真软件中用所述材料腐蚀预测模型对所述两个标准试验件数字化几何模型进行腐蚀仿真计算，以得到所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件在与步骤S1-1所述实验环境条件相同的环境条件下的腐蚀速率仿真结果；
步骤S2-4、如果所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件的腐蚀速率仿真结果与步骤S1所得到腐蚀速率实验结果的误差大于预设的腐蚀速率误差阈值，说明当前的材料腐蚀预测模型的准确性未达到要求，则在对所述材料腐蚀预测模型的参数进行调试后（调试方式一般是将模型的参数修改为不同的经验值或按一定规律递变），重复步骤S2-3和步骤S2-4，直至所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件的腐蚀速率仿真结果与步骤S1所得到腐蚀速率实验结果的误差在所述腐蚀速率误差阈值以下时，说明当前的材料腐蚀预测模型的准确性已达到要求，则将当前的材料腐蚀预测模型作为所述调试后材料腐蚀预测模型。其中，所述腐蚀速率误差阈值的取值范围在5%至10%之间。
步骤S3、对换热器局部试验组件进行非工况条件下的盐雾腐蚀试验，以得到所述换热器局部试验组件包含腐蚀区域、腐蚀形貌类型和腐蚀量的腐蚀试验结果；
其中，所述步骤S3的具体过程包括：
步骤S3-1、通过金属切割机截取被测空调换热器的部分导热管和部分散热翅片，作为换热器局部试验组件，且所述换热器局部试验组件中导热管和散热翅片的接触方式与所述被测空调换热器中导热管和散热翅片的接触方式保持一致，确保导热管材料和散热翅片材料接触良好；
步骤S3-2、将所述换热器局部试验组件放置于盐雾试验箱中，并为所述盐雾试验箱设置恒定的试验环境条件，待所述换热器局部试验组件在盐雾试验箱中的放置时间达到预设的盐雾腐蚀试验时间后，取出所述换热器局部试验组件进行外貌观察和标定实验测量，以得到所述换热器局部试验组件包含腐蚀区域、腐蚀形貌类型和腐蚀量的腐蚀试验结果；其中，所述试验环境条件与步骤S1-1所述实验环境条件相同；所述盐浓度通过向所述盐雾试验箱喷洒一定质量分数的盐溶液实现；所述腐蚀区域一般分为腐蚀发生在导热管上、腐蚀发生在散热翅片上、腐蚀同时发生在导热管和散热翅片上三种情况。
步骤S4、基于步骤S3的试验参数和结果，通过仿真软件，得到所述换热器局部试验组件包含腐蚀区域、腐蚀形貌类型和腐蚀量的腐蚀仿真结果；并且，根据该腐蚀仿真结果与步骤S3所述腐蚀试验结果的对比，优化得到准确性达到要求的优化后组件腐蚀预测模型；
其中，所述步骤S4的具体过程包括：
步骤S4-1、构建所述换热器局部试验组件的局部试验组件数字化几何模型，并将该局部试验组件数字化几何模型导入仿真软件中，其中，所述局部试验组件数字化几何模型中的导热管部分和散热翅片部分分别设置为相应的材料属性，也即：将所述局部试验组件数字化几何模型中的导热管部分和散热翅片部分分别设置为步骤S1-1所述导热管材料和散热翅片材料；其中，所述局部试验组件数字化几何模型可以通过Solidworks、Auto CAD等三维建模软件构建；所述仿真软件可以采用Ansys、Comsol等仿真软件。
步骤S4-2、在所述仿真软件中采用步骤S2所述调试后材料腐蚀预测模型，并以步骤S3-2所述试验环境条件以及步骤S1得到的导热管材料和散热翅片材料在腐蚀时的材料电化学数据作为边界条件，以构建得到基于壳电流分布的组件腐蚀预测模型；
步骤S4-3、在所述仿真软件中用所述组件腐蚀预测模型对所述局部试验组件数字化几何模型按步骤S3-2所述盐雾腐蚀试验时间进行腐蚀仿真计算，以得到所述换热器局部试验组件包含腐蚀区域、腐蚀形貌类型和腐蚀量的腐蚀仿真结果；
步骤S4-4、如果不满足模型可信度条件，说明当前的组件腐蚀预测模型的准确性未达到要求，则在对所述组件腐蚀预测模型的参数进行优化后（优化方式一般是将模型的参数修改为不同的经验值或按一定规律递变），重复步骤S4-3和步骤S4-4，直至满足模型可信度条件时，说明当前的组件腐蚀预测模型的准确性已达到要求，则将当前的组件腐蚀预测模型作为所述优化后组件腐蚀预测模型；
其中，所述模型可信度条件为同时满足：其一，所述腐蚀仿真结果和腐蚀试验结果的腐蚀区域与腐蚀形貌类型均相同；其二，所述腐蚀仿真结果和腐蚀试验结果的腐蚀量误差在预设的腐蚀量误差阈值以下；所述腐蚀量误差阈值的取值范围在5%至10%之间。
步骤S5、采用空调外机包含被测空调换热器的空调器，并将所述空调外机安装于被测户外服役环境，以对所述空调器进行工况条件下的空调户外实证试验，得到所述空调器能够影响被测空调换热器腐蚀行为的在实证试验时长内的平均运行工况参数；
其中，所述步骤S5的具体过程包括：
步骤S5-1、安装空调器，其中，所述空调器的空调外机包含被测空调换热器，所述空调外机安装于被测户外服役环境，所述空调器的空调内机安装于室内；
步骤S5-2、在所述被测户外服役环境搭建小型气象站，以用于实时监测所述被测户外服役环境的大气温度、相对湿度和空气中盐雾粒子浓度；
步骤S5-3、在所述被测空调换热器的导热管进口处安装用于实时监测导热管进口温度的温度传感器和用于实时监测导热管进口制冷剂压力的压力传感器，并且，在所述空调器的散热风扇口处安装用于实时监测散热风扇口风速的风速传感器；
步骤S5-4、控制所述空调器按照预设的实证试验时长通电运行，以使所述被测空调换热器在工况条件下于所述被测户外服役环境中进行空调户外实证试验；并且，在所述空调户外实证试验结束后，基于步骤S5-2和步骤S5-3所述小型气象站、温度传感器、压力传感器和风速传感器得到的实时监测数据，计算得到所述空调器在所述实证试验时长内的平均运行工况参数，包括：所述被测户外服役环境的平均大气温度、平均相对湿度和平均空气中盐雾粒子浓度，以及，所述空调器的平均导热管进口温度、平均导热管进口制冷剂压力和平均散热风扇口风速。
步骤S6、基于步骤S5所述平均运行工况参数和步骤S4所述优化后组件腐蚀预测模型，通过仿真软件，得到所述被测空调换热器在工况条件下于所述被测户外服役环境中工作任意预设时长后的大气腐蚀预测结果，该大气腐蚀预测结果包含腐蚀区域、腐蚀形貌类型和腐蚀量。
其中，所述步骤S6的具体过程包括：
步骤S6-1、构建所述被测空调换热器的空调换热器数字化几何模型，并将该空调换热器数字化几何模型导入仿真软件中，其中，所述空调换热器数字化几何模型的组成部分按以下方式进行材料属性设置：导热管部分和散热翅片部分分别设置为步骤S1-1所述导热管材料和散热翅片材料，空调换热器除导热管和散热翅片之外的其余部分设置为钢铁材料，空调换热器的外部流体和内部流体分别设置为空气和制冷剂；其中，所述空调换热器数字化几何模型可以通过Solidworks、Auto CAD等三维建模软件构建；所述仿真软件可以采用Ansys、Comsol等仿真软件。
步骤S6-2、将步骤S5-4所述平均运行工况参数设置为所述空调换热器数字化几何模型的服役环境边界条件，并用所述仿真软件中预置的流体和固体传热模型、层流和湍流模型、物质传递模型进行求解，得到所述空调换热器数字化几何模型由空调器换热器服役环境多物理场耦合的工况环境场，包括：温度场、湿度场和盐雾场；
步骤S6-3、在所述仿真软件中采用步骤S4所述优化后组件腐蚀预测模型，并以步骤S6-2所述工况环境场作为边界条件，对所述空调换热器数字化几何模型进行为期任意预设时长的腐蚀仿真计算，以得到所述被测空调换热器在工况条件下于所述被测户外服役环境中工作所述预设时长后的大气腐蚀预测结果，该大气腐蚀预测结果包含腐蚀区域、腐蚀形貌类型和腐蚀量；其中，所述预设时长可以是任意时长，当步骤5-4所述实证试验时长的取值越大，则本发明能够在取值越大的预设时长下保证大气腐蚀预测结果的准确性。
从而，本发明先通过步骤S1和步骤S2，对被测空调换热器的导热管材料和散热翅片材料进行材料腐蚀预测模型的调试，再采用得到的调试后材料腐蚀预测模型，通过步骤S3和步骤S4，对被测空调换热器的换热器局部试验组件进行组件腐蚀预测模型的优化，最后采用得到的优化后组件腐蚀预测模型，通过步骤S5和步骤S6，在利用工况环境场综合模拟并耦合空调服役环境中的多物理场的情况下，实现对被测空调换热器在工况条件下于被测户外服役环境中工作任意预设时长后的大气腐蚀预测，得到包含腐蚀区域、腐蚀形貌类型和腐蚀量的大气腐蚀预测结果，具有预测准确性高、工作量及成本低的优点。
下面为本发明的一个实例中的参数设置和过程数据：
所述步骤S1-1中，所述实验环境条件设置为：温度为25℃、相对湿度为85%，盐浓度为标准5%的盐溶液；
所述步骤S1-1中，所述材料电化学数据包括：所述导热管材料的阳极交换电流密度、阳极Tafel斜率、阴极交换电流密度和阴极Tafel斜率依次为0.0001A/m2、0.1V、0.001A/m2和-0.1V；所述散热翅片材料的阳极交换电流密度、阳极Tafel斜率、阴极交换电流密度和阴极Tafel斜率依次为0.0001A/m2、0.1V、0.000001A/m2和-0.1V。
所述步骤S1-2中，所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件的腐蚀速率实验结果分为为：631.8 um/a和108.7 um/a。
所述步骤S2-3中，所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件的腐蚀速率仿真结果分别为：611.3 um/a和105.1 um/a。
所述步骤S2-4中，所述腐蚀速率误差阈值取值为5%；经过对所述材料腐蚀预测模型的参数进行调试后，所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件的腐蚀速率仿真结果与步骤S1所得到腐蚀速率实验结果的误差分别为：3.2%和3.3%，均在腐蚀速率误差阈值以下，说明当前的材料腐蚀预测模型的准确性已达到要求。
所述步骤S3-2中，所述试验环境条件为：温度为25℃、相对湿度为85%，盐浓度为5%质量分数的盐溶液；所述盐雾腐蚀试验时间为24小时；所述腐蚀试验结果为：腐蚀区域发生在散热翅片上、腐蚀形貌类型、腐蚀量为0.433 um。
所述步骤S4-3中，所述腐蚀仿真结果为：腐蚀区域发生在散热翅片上、腐蚀形貌类型与步骤S3-2相同、腐蚀量为0.452 um。
所述步骤S4-4中，所述腐蚀量误差阈值取值为5%；经过对所述组件腐蚀预测模型的参数进行优化后，所述腐蚀仿真结果和腐蚀试验结果的腐蚀区域与腐蚀形貌类型均相同，并且，所述腐蚀仿真结果和腐蚀试验结果的腐蚀量误差为4.4%，在腐蚀量误差阈值以下，说明当前的组件腐蚀预测模型的准确性已达到要求。
所述步骤S5-4中，所述实证试验时长为期1年，测得的平均工况参数为：平均大气温度为27.6℃，平均相对湿度为86%，平均空气中盐雾粒子浓度为1.2mg/m3，平均导热管进口温度为75℃，平均导热管进口制冷剂压力为1.3MPa，平均散热风扇口风速为3m/s。
所述步骤S6中，本发明能够较为准确的预测得出所述被测空调换热器的腐蚀预测结果，得到的大气腐蚀预测结果为：腐蚀区域在散热翅片上，腐蚀形貌类型为局部腐蚀，腐蚀量为3.44um。
本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种基于有限元仿真技术的空调换热器大气腐蚀预测方法，其特征在于，包括：
步骤S1、通过电化学腐蚀实验，得到导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件的腐蚀速率实验结果；其中，所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件分别由被测空调换热器的导热管材料和散热翅片材料制成；
所述步骤S1的具体过程包括：
步骤S1-1、在预设的实验环境条件下，分别对导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件进行电化学腐蚀实验，以得到导热管材料和散热翅片材料在腐蚀时的材料电化学数据；其中，所述实验环境条件包括温度、相对湿度和盐浓度，所述材料电化学数据包括阳极交换电流密度、阳极Tafel斜率、阴极交换电流密度和阴极Tafel斜率；
步骤S1-2、基于步骤S1-1得到的材料电化学数据，计算得到所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件在所述实验环境条件下的腐蚀速率实验结果；
步骤S2、基于步骤S1的实验参数和结果，通过仿真软件，得到所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件的腐蚀速率仿真结果；并且，根据该腐蚀速率仿真结果与步骤S1所述腐蚀速率实验结果的对比，调试得到调试后材料腐蚀预测模型；
步骤S3、对换热器局部试验组件进行非工况条件下的盐雾腐蚀试验，以得到所述换热器局部试验组件包含腐蚀区域、腐蚀形貌类型和腐蚀量的腐蚀试验结果；
步骤S4、基于步骤S3的试验参数和结果，通过仿真软件，得到所述换热器局部试验组件包含腐蚀区域、腐蚀形貌类型和腐蚀量的腐蚀仿真结果；并且，根据该腐蚀仿真结果与步骤S3所述腐蚀试验结果的对比，优化得到优化后组件腐蚀预测模型；
步骤S5、采用空调外机包含被测空调换热器的空调器，并将所述空调外机安装于被测户外服役环境，以对所述空调器进行工况条件下的空调户外实证试验，得到所述空调器在实证试验时长内的平均运行工况参数；
步骤S6、基于步骤S5所述平均运行工况参数和步骤S4所述优化后组件腐蚀预测模型，通过仿真软件，得到所述被测空调换热器在工况条件下于所述被测户外服役环境中工作任意预设时长后的大气腐蚀预测结果，该大气腐蚀预测结果包含腐蚀区域、腐蚀形貌类型和腐蚀量；
所述步骤S5的具体过程包括：
步骤S5-1、安装空调器，其中，所述空调器的空调外机包含被测空调换热器，所述空调外机安装于被测户外服役环境，所述空调器的空调内机安装于室内；
步骤S5-2、在所述被测户外服役环境搭建小型气象站，以用于实时监测所述被测户外服役环境的大气温度、相对湿度和空气中盐雾粒子浓度；
步骤S5-3、在所述被测空调换热器的导热管进口处安装用于实时监测导热管进口温度的温度传感器和用于实时监测导热管进口制冷剂压力的压力传感器，并且，在所述空调器的散热风扇口处安装用于实时监测散热风扇口风速的风速传感器；
步骤S5-4、控制所述空调器按照预设的实证试验时长通电运行，以使所述被测空调换热器在工况条件下于所述被测户外服役环境中进行空调户外实证试验；并且，在所述空调户外实证试验结束后，基于步骤S5-2和步骤S5-3所述小型气象站、温度传感器、压力传感器和风速传感器得到的实时监测数据，计算得到所述空调器在所述实证试验时长内的平均运行工况参数，包括：所述被测户外服役环境的平均大气温度、平均相对湿度和平均空气中盐雾粒子浓度，以及，所述空调器的平均导热管进口温度、平均导热管进口制冷剂压力和平均散热风扇口风速；
所述步骤S6的具体过程包括：
步骤S6-1、构建所述被测空调换热器的空调换热器数字化几何模型，并将该空调换热器数字化几何模型导入仿真软件中，其中，所述空调换热器数字化几何模型的组成部分按以下方式进行材料属性设置：导热管部分和散热翅片部分分别设置为步骤S1-1所述导热管材料和散热翅片材料，空调换热器除导热管和散热翅片之外的其余部分设置为钢铁材料，空调换热器的外部流体和内部流体分别设置为空气和制冷剂；
步骤S6-2、将步骤S5-4所述平均运行工况参数设置为所述空调换热器数字化几何模型的服役环境边界条件，并用所述仿真软件中的流体和固体传热模型、层流和湍流模型、物质传递模型进行求解，得到所述空调换热器数字化几何模型的工况环境场，包括：温度场、湿度场和盐雾场；
步骤S6-3、在所述仿真软件中采用步骤S4所述优化后组件腐蚀预测模型，并以步骤S6-2所述工况环境场作为边界条件，对所述空调换热器数字化几何模型进行为期任意预设时长的腐蚀仿真计算，以得到所述被测空调换热器在工况条件下于所述被测户外服役环境中工作所述预设时长后的大气腐蚀预测结果，该大气腐蚀预测结果包含腐蚀区域、腐蚀形貌类型和腐蚀量。
2.根据权利要求1所述基于有限元仿真技术的空调换热器大气腐蚀预测方法，其特征在于：所述步骤S1-1中，所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件均为长宽厚依次是10mm、10mm、3mm的长方体。
3.根据权利要求1所述基于有限元仿真技术的空调换热器大气腐蚀预测方法，其特征在于：所述步骤S2的具体过程包括：
步骤S2-1、分别构建所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件的标准试验件数字化几何模型，并将该两个标准试验件数字化几何模型导入仿真软件中；
步骤S2-2、采用所述仿真软件中的大气腐蚀仿真模型，并以步骤S1得到的导热管材料和散热翅片材料在腐蚀时的材料电化学数据作为边界条件，以构建得到基于壳电流分布的材料腐蚀预测模型；
步骤S2-3、在所述仿真软件中用所述材料腐蚀预测模型对所述两个标准试验件数字化几何模型进行腐蚀仿真计算，以得到所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件在与步骤S1-1所述实验环境条件相同的环境条件下的腐蚀速率仿真结果；
步骤S2-4、如果所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件的腐蚀速率仿真结果与步骤S1所得到腐蚀速率实验结果的误差大于预设的腐蚀速率误差阈值，则在对所述材料腐蚀预测模型的参数进行调试后，重复步骤S2-3和步骤S2-4，直至所述导热管材料标准试验件和散热翅片材料标准试验件的腐蚀速率仿真结果与步骤S1所得到腐蚀速率实验结果的误差在所述腐蚀速率误差阈值以下时，则将当前的材料腐蚀预测模型作为所述调试后材料腐蚀预测模型。
4.根据权利要求1至3任意一项所述基于有限元仿真技术的空调换热器大气腐蚀预测方法，其特征在于：所述步骤S3的具体过程包括：
步骤S3-1、截取被测空调换热器的部分导热管和部分散热翅片，作为换热器局部试验组件，且所述换热器局部试验组件中导热管和散热翅片的接触方式与所述被测空调换热器中导热管和散热翅片的接触方式保持一致；
步骤S3-2、将所述换热器局部试验组件放置于盐雾试验箱中，并为所述盐雾试验箱设置恒定的试验环境条件，待所述换热器局部试验组件在盐雾试验箱中的放置时间达到预设的盐雾腐蚀试验时间后，取出所述换热器局部试验组件进行外貌观察和标定实验测量，以得到所述换热器局部试验组件包含腐蚀区域、腐蚀形貌类型和腐蚀量的腐蚀试验结果；其中，所述试验环境条件与步骤S1-1所述实验环境条件相同。
5.根据权利要求4所述基于有限元仿真技术的空调换热器大气腐蚀预测方法，其特征在于：所述步骤S4的具体过程包括：
步骤S4-1、构建所述换热器局部试验组件的局部试验组件数字化几何模型，并将该局部试验组件数字化几何模型导入仿真软件中，其中，所述局部试验组件数字化几何模型中的导热管部分和散热翅片部分分别设置为相应的材料属性；
步骤S4-2、在所述仿真软件中采用步骤S2所述调试后材料腐蚀预测模型，并以步骤S3-2所述试验环境条件以及步骤S1得到的导热管材料和散热翅片材料在腐蚀时的材料电化学数据作为边界条件，以构建得到基于壳电流分布的组件腐蚀预测模型；
步骤S4-3、在所述仿真软件中用所述组件腐蚀预测模型对所述局部试验组件数字化几何模型按步骤S3-2所述盐雾腐蚀试验时间进行腐蚀仿真计算，以得到所述换热器局部试验组件包含腐蚀区域、腐蚀形貌类型和腐蚀量的腐蚀仿真结果；
步骤S4-4、如果不满足模型可信度条件，则在对所述组件腐蚀预测模型的参数进行优化后，重复步骤S4-3和步骤S4-4，直至满足模型可信度条件时，则将当前的组件腐蚀预测模型作为所述优化后组件腐蚀预测模型；
其中，所述模型可信度条件为同时满足：其一，所述腐蚀仿真结果和腐蚀试验结果的腐蚀区域与腐蚀形貌类型均相同；其二，所述腐蚀仿真结果和腐蚀试验结果的腐蚀量误差在预设的腐蚀量误差阈值以下。
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