R134a单元机的绝热毛细管实用关联式研究

    符  号

    m—质量流量,kg/s

    QE—制冷量,kW

    C—漏热系数,取γ=0.95

    H—焓,kJ/kg

    TE—蒸发温度,℃

    TC—冷凝温度,℃

    L—毛细管长度,m

    di—毛细管内径,mm

    h_lg—气化潜热,kJ/kg

    μ—动力粘度,Pa•s

    υ—比容,m3/kg

    σ—表面张力,N/m

    p_in—进口压力,Pa

    C_p—定压比热,kJ/(kg•℃)

    ΔTsc—过冷度,℃

    下  标

    l—液相

    g—气相

    cal—计算值

    exp—试验值

    1 前言

    小型制冷空调装置普遍使用绝热毛细管作为节流元件,毛细管长度一般从几十厘米到几米,内径一般为0. 5~1. 2mm。对于较大一些的制冷装置,如单元式空调机组,通常采用热力膨胀阀或电子膨胀阀节流,从而精确控制进入蒸发器的制冷剂流量。然而膨胀阀的价格比毛细管高许多,若以绝热毛细管替代膨胀阀可以降低机组的制造成本。单元机的制冷量为十千瓦到几十千瓦,基本上都是多系统结构。为了使制冷量达到要求,毛细管的内径不应低于2mm。虽然毛细管具有简单、廉价的优点,但是毛细管的调节能力比膨胀阀要差,毛细管的结构尺寸选择不当,会导致机组制冷量和性能的下降。

    如何确定毛细管的结构尺寸是设计毛细管的关键。通过绝热毛细管稳态分布参数模型进行仿真虽然可以实现在给定条件下确定毛细管的长度、内径,或者在已知毛细管结构尺寸及进口状态下预测通过毛细管的制冷剂流量及出口参数。但是仿真计算较为复杂,且建立数学模型有一些假设,仿真的结果还要通过试验的验证[1, 2]。因此通过试验获得的数据建立关联式,是在工程设计上最简单有效的方法。目前的一些毛细管关联式都只能应用于小直径的毛细管,如Bittle关联式只能应用于内径为0. 66~2. 29mm的毛细管[3],Melo关联式只能应用于内径为0. 606~1. 05mm的毛细管[4]。本文对内径为2. 8mm的毛细管进行试验研究,改变毛细管长度,获取了20个工况点的数据,采用多元线性回归建立了R134a单元机的绝热毛细管实用关联式。

    2 试验系统及试验结果

    设计的R134a单元式风冷冷风机组为双系统结构,采用MTZ系列活塞机,蒸发器为百叶窗形翅片管束,冷凝器采用波纹片管束。单系统原理见图1。节流元件采用绝热毛细管与热力膨胀阀并联,毛细管与热力膨胀阀前后都装有球阀,使用绝热毛细管时,其前后的两个阀打开,并关闭膨胀阀前后的球阀。系统设有高低压保护装置,在进行极限工况测试时,短接低压保护。当流出冷凝器的过冷液体温度低于某一设定值时,轴流风机停止运转。更换毛细管时,毛细管前后的球阀关闭,换上毛细管后,对毛细管段抽真空,以防止空气进入系统。