工质为R134a绝热型毛细管数值模拟

　　0 前言

　　毛细管是普遍使用于小型制冷设备中的节流装置，它对制冷系统的连续运行起着重要作用，又有结构简单、价格低廉、无运动部件等优点，因此广泛应用于家用电冰箱和小型空调器。毛细管在制冷界的广泛使用，使得各国研究人员对其特性展开了研究，以往毛细管的设计计算大多采用设计手册中的毛细管诺膜图，产品试制过程中还需借助特定的毛细管差压试验台.而这种方法误差较大，并且费时费力，成本高，现在一般通过建立各种经验和半经验关系式、理论方程和数学模型，对毛细管内流动状态加以预测，就可以迅速对其几何尺寸加以确定。这里针对采用制冷剂HFC-134a为工质的制冷系统，采用文献中引用最多的2种计算沿程摩阻系数的方法，对绝热型毛细管进行数值模拟以确定其长度。

　　1 仿真模型

　　1.1 毛细管内流动过程的分析

　　毛细管虽然结构简单，但其内部制冷剂的流动是非常的复杂，毛细管内流动过程^[10]如图1所示可以分为4个区域。当房间空调器处于稳定运行工况时，通常是过冷液体流进毛细管，如区域I所示过冷液体进入毛细管，之后由于流动摩擦产生压降。

　　当制冷剂压力降至进口温度对应的饱和压力时，制冷剂将发生闪发现象，a为闪发点。此过程的特点是温度近似不变，压力降低。事实上很多研究结果表明，闪发并不发生在该点，而是有一个延迟，原因是制冷剂第一个气泡的产生要一定的过热度。在闪发的初期，气泡的生成很少，从总体上看属于压稳态汽液两相区。事实上上述2过程进行的时间极短，所以在模拟程序中没有牵涉到这两个过程的模拟。接着随着制冷剂汽相份额的增加，流动速度越来越快，摩擦阻力随之增加，压力则加速下降，气泡的生成趋于剧烈而无序，很快过渡到热力平衡下的汽液两相流动，该区域Ⅳ中制冷剂流速迅速上升，甚至可以达到当地音速，即壅塞流动状态。

　　1.2 毛细管数学模型的建立

　　毛细管的研究分成了两大部分： 绝热型毛细管和非绝热型毛细管。本文中只考虑绝热型毛细管，因为该种模型数学描写比较简单，利用普通的动量守恒方程、质量守恒方程和能量守恒方程就可以建立闭合的数学描写，并且该种模型的求解结果也有比较大的工程参考价值。

　　为了给毛细管建立稳态数学模型，采用如下假设^[1,2]：

　　(1) 毛细管界面面积均匀，沿管长有一致的相对粗糙度ε/D。

　　(2) 忽略亚稳态流动。

　　(3) 忽略重力影响。

　　(4) 两相区中制冷剂达到热力学平衡。