毛细管内制冷剂气液两相流动研究现状与发展
1 引言
小型制冷设备常用毛细管做为节流膨胀元件,这是因为其结构简单,无运动部件,价格低廉,在一定程度上减少了系统的充灌量,而且在压缩机停止运转后,冷凝器与蒸发器的压力可以较快地自动平衡,从而减轻电动机的起动负载。在家用冰箱、空调和热泵系统等中小型制冷及空调装置中得到广泛应用,甚至在较大的制冷与空调机组中也有采用[1]。
2 制冷剂在毛细管内气液流动过程
毛细管是根据液体比气体容易通过这个原理工作的。当有一定的过冷液体进入毛细管后,沿管长的方向压力及温度变化如图1所示。进口1v2段为液相段,此段压降不大,并且呈线性变化,同时该段制冷剂的温度几乎不变。当制冷剂流至点2处,即压力降到相当于制冷剂入口温度的饱和压力下时,管中开始出现第一个气泡,从此点后到毛细管末端,制冷剂将由液态单相流动变为气)液两相流动,此段为气液共存的湿蒸气,其温度相当于对应压力下的饱和温度,压力线与温度线重合。由于该段内,饱和汽的百分比沿流动方向逐步增加,因此压力降为非线性,且越接近毛细管末端,单位长度的压降越大,图1中3v4段是毛细管末端制冷剂喷入蒸发器的自由膨胀段。
制冷剂在管内流动时,压力逐渐下降,液体膨胀汽化,形成汽液两相混和物。当汽液两相混和物的流速达到音速时,质量将不再随压力的降低而继续减小,而且维持一固定值,这称为临界状态。
虽然毛细管的几何结构简单,但其中的流动情况相当复杂,简而言之,它具有以下特性:
(1)毛细管内的流动可分为两个区域,液体单相区中的流动情况相当复杂,而且汽液两相流区域与常见的较大管径的两相流动相比也具有独特的特点。
(2)根据不少学者的观察和实验,流体中存在着气化滞区(即当毛细管内压力下降到对应的饱和压力时并不产生气化现象)。即存在着“过热”液体亚稳态,该现象对毛细管的流动特性有着不可忽略的影响。
(3)毛细管的管径较小,管壁粗糙度的影响较大以及管径均匀性的好坏对毛细管的流动产生较大的影响。即使同一批产品的毛细管用于同一台空调器,制冷量也会变化较大。
目前两相流动的研究甚少涉及类似于毛细管这样小的管径,现有的两相经验公式不一定适合于毛细管,因此,对于毛细管内制冷剂的流动还有待进一步深入研究。
3 毛细管内制冷剂流动研究的发展水平
毛细管节流机构是在本世纪三十年代开始应用的,在1942年取得专利。自四十年代起,各国学者对用R22、R12等制冷剂为工质的毛细管进行了较多的实验研究和理论分析。早期的研究重点放在其流量特性、摩阻压降及整个制冷系统的匹配上。
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