直接膨胀供液制冷系统性能可视化研究

　　1 引言

　　制冷系统中，蒸发器的性能是影响整个系统性能的设备之一。虽然国内外学者，对蒸发器进行了深入的研究，但是对蒸发管内部的制冷剂流动状态，并没有十分准确的表达。蒸发器的性能是制冷剂侧和空气侧传热特性的双重作用的结果，只有双侧的性能都得到改善，蒸发器的性能才能真正的得到改善[1]。

　　由于蒸发器内制冷剂被封闭在金属管道里，研究它的流动状态具有一定困难，从而造成数学表达的不充分性。本文以玻璃蒸发管为研究对象，通过观察内部制冷剂受迫流动沸腾换热状态[2]，为蒸发器的进一步研究和工程应用积累素材。

　　2 实验装置与实验方法

　　2. 1 实验装置

　　制冷剂管内对流换热可视化实验台是由泰康CAJ4511YHR 型风冷式冷凝机组，自行设计与冷凝机组相匹配的玻璃管蒸发器、手动膨胀阀、干燥过滤器、及相应管路组成，以 R134a 为制冷工质。为了实现对温度的监测，在蒸发管上设置了 20 个温度测点，试验台原理如图 1[3]。

　　实验中使用的蒸发器为玻璃管蒸发器如图2，将 10 根玻璃管通过法兰串联而成。每根玻璃管长 1000mm，为研究制冷剂在蒸发管内的状态，在每根玻璃蒸发管的两端布置了温度测点。一共20 个温度测点。

　　为得到玻璃蒸发管内制冷剂的流动状态，实验中采用 CamRecord 600 高速摄像仪。这种摄像仪由德国 Optronis 公司生产，具有分辨率高、最高帧数高，内存大等优点。

　　2. 2 实验方法

　　实验采用空气侧热平衡法，即房间量热器热平衡法。玻璃管蒸发器安装在保温体内，保温体置于焓差室。保温体内设置电加热器，通过调节调压变压器调节加热负荷，使保温体内的温度达到实验工况，根据热平衡原理确定系统的制冷量。热平衡关系式如下:

　　式中: Q 是制冷系统的制冷量; K 是保温体结构的传热系数; F 是保温体结构的传热面积; Δt是保温体内外空气的平均温差; Q1是电加热器输入功率; Q2是风机的输入功率。

　　3 实验数据及分析

　　为了得到直接膨胀供液制冷系统中玻璃管蒸发器内制冷剂在不同蒸发温度下强制对流换热的流动状态，设置了 6 个蒸发温度分别为: - 5℃、0℃ 、5℃ 、10℃ 、15℃ 、20℃ 。系统环境温度恒定在26. 5 ℃ ± 0. 5℃ 时。

　　为研究制冷系统中制冷剂管内强制对流换热特性，系统蒸发器采用玻璃管蒸发器，观察蒸发器管内制冷剂强制对流换热时制冷剂流动状态。同时，为得到玻璃管蒸发器传热特性，在玻璃管蒸发器沿制冷剂流动方向布置了多个温度测点，对测试数据整理分析的结果如下。