阻塞流对电子膨胀阀控制的影响研究

    随着生活水平的提高,人们对空调节能和舒适性的要求不断加强.而在制冷空调领域中应用广泛的节流元件—热力膨胀阀存在调节范围小、控制精度低、反应慢和滞后大等缺点,而其自身的结构和工作原理又限制其改进,难以适应新的要求.而电子膨胀阀以其调节范围广、控制精度高、反应快和适应范围大等优点迅速引起了人们的极大关注,从而使电子膨胀阀的研究成为一个热点问题.为了更好地应用电子膨胀阀,使其与原有制冷系统的整机控制系统融于一体,深入了解和掌握电子膨胀阀内制冷剂流动状态及其流动特性,对电子膨胀阀的设计及其与制冷系统的匹配有着指导意义,尤其是对设计出合理完善的电子膨胀阀控制方案更具有重大意义.

    目前国外对电子膨胀阀的研究偏重于使用电子膨胀阀对系统的性能改善[1~4],而对电子膨胀阀的流动特性及控制方法研究的相关报道却较少[5,6].国内电子膨胀阀研究起步较晚,有关电子膨胀阀流动特性的研究报道不多,以往对电子膨胀阀流动特性的研究大多仅是采取实验的方法获得压力、流量特性以及流量开度特性等,翁文兵等[7]以节流阀的水力学公式为基础,通过试验的方法研究阀的开度、节流前后压差、压比、出口干度以及节流前后压力对电子膨胀阀的流量特性的影响.但研究只是单独针对电子膨胀阀,而忽略了制冷剂在电子膨胀阀的节流过程是一个存在相变的复杂过程,普通的水力学公式已不能完全反映其流动过程及其特性.张乐平等[8]对不同制冷剂R22和R410A的电子膨胀阀流量特性及其性质进行了分析计算,得出了R22和R410A对同一电子膨胀阀的流通性能的变化.王志刚等[9]通过建立电子膨胀阀内制冷剂两相流动的物理模型得出节流过程的压力场、气液两相速度场及其开度分布.但这些都没有揭示制冷剂在节流过程中因相变所引起的特殊流态和流动特性.同时没有将电子膨胀阀融于制冷系统,作为一个整体并结合制冷系统的实际运行工况进行研究,而这些研究是充分发挥电子膨胀阀功能所必须的.为此作者通过深入分析电子膨胀阀内制冷剂的流动状态,揭示节流过程中电子膨胀阀内制冷剂流动特性.结合制冷系统的实际运行工况对电子膨胀阀流量特性进行试验,分析出当电子膨胀阀容量与制冷系统容量不完全匹配时,电子膨胀阀所具有独特的流量特性.同时分析了这对电子膨胀阀优化控制的影响,并提出改进措施.

    1 电子膨胀阀的流态分析

     电子膨胀阀在制冷系统中主要起节流降压的作用,相当于一个局部阻力可以变化的节流机构,因为作用过程非常短,同时为了便于阀内的流动状态分析,所以作者将不同开度的电子膨胀阀等效为一系列孔径不同的孔板.