液体CO2在毛细管中质量流量特性的实验

     对环境有害的CFC类制冷剂正逐渐被禁用,使得寻找对臭氧层不起破坏作用、性能良好、工作稳定、生产成本低的新一代绿色环保工质的工作日益迫切。纯天然工质CO₂(R744),具有很多优越的性质,是R22等极有前途的替代物之一[1]。由已知文献可知,在以液体CO₂为冷源的冷藏车的制冷系统中,如果让液体CO₂贮罐中的液体CO₂流经喷淋控制阀后直接喷入冷藏车厢内,由于压力突降, CO₂在闪蒸中将会很快堵塞喷淋管道,不仅如此,还会造成冷量的浪费[1-3]。因此本实验选用了毛细管安装在液体CO₂贮罐和喷淋管道之间进行节流降压。对于一般制冷剂而言,其在毛细管内的质量流量特性可以通过查图法、类比法或是经验公式计算法来初步确定[4-6]。而到目前为止,国内外对液体CO₂等新型工质在毛细管内的流动的研究甚少。实验将从液体CO₂在不同毛细管状况下,即不同内径、不同长度、不同入口压力状态下液体CO₂的质量流量特征进行实验测定,通过所测定的实验数据回归出液体CO₂在毛细管内的质量流量计算关联式。当制冷系统采用的毛细管内外径及入、出口压力保持不变时,则可以通过调整其长度以获取最佳的液体CO₂流量,以使其能够平衡冷藏厢体的热负荷。这对探索新型工质在毛细管内的节流降压特性提供了极为重要的参考价值。

    1 实验装置及方法

    1. 1 实验装置

    实验条件如文献[2],实验中冷藏车的制冷系统包括液体CO₂贮罐、毛细管、喷淋装置和温控装置4部分,如图1所示。

    在这套制冷系统中,除了喷淋控制阀8外没有任何其他运动部件,从而有效地消除和减少了故障的发生和制冷剂的泄漏,工作稳定可靠,维修简便。其中液体CO₂贮罐1的容积为20 L,安全阀承压为2. 5MPa。由于饱和液体CO₂的蒸气压力相对较高(-16. 7℃ 时为2 082 kPa),如果让液体CO₂贮罐中的液体CO₂流经喷淋控制阀后直接喷入冷藏车厢内,前已述及,由于压力突降,CO₂在闪蒸中形成的干冰将会很快堵塞喷淋管道,不仅如此,还会造成冷量的浪费。因此选用了毛细管7安装在液体CO₂贮罐和喷淋管道之间进行节流降压。

    1. 2 实验方法

    实验时,对液体CO₂贮罐中充装的液体CO₂,通过不同状态的毛细管时的质量流量进行测定。如当制冷系统采用的毛细管内径、曲直程度及入口液体CO₂的压力保持不变时,改变毛细管的长度可以改变液体CO₂的质量流量。而毛细管长度的调整采取截取和焊接加长的方法进行。焊接时,用刀形什锦锉将毛细管用匀力挫断,并用细砂纸将断面打磨光滑,成斜口后,将断面对接,用内径比毛细管外径稍大的铜管套在一起,然后向内部充入高压氮气,以吹净由于不小心而落入管内的粉屑,同时残留在管内的氮气还能起到阻止毛细管内壁在焊接时氧化的作用。这之后用银焊条点焊,由于焊接段处于毛细管的单相绝热流动段,故要注意管径的缩小将造成管内节流的情况。将一段长为L0的毛细管焊接到与液体CO₂贮罐相连的喷淋控制阀的一端,加长和截取的长度依据的液体CO₂的质量流量来确定。