冰箱毛细管内流动特性的研究

　　符  号

　　P—压力,Pa

　　D—管径,m

　　Q—流量,kg/s

　　V—流速,m/s

　　ΔL—微元段长度,m

　　T—温度,K

　　L—管长,m

　　A—管横截面积,m²

　　h—比焓,J/kg

　　Re—雷诺数

　　1 概述

　　毛细管是冰箱、家用空调器等制冷量在10kW以下的制冷机组中常用的降压节流部件,它具有结构简单,成本低廉,制冷剂难泄漏,在停机时能平衡系统中的压力,使电动机的启动力矩小等优点,其缺点是变工况时调节能力弱、易被杂质阻塞和对制冷剂充注量要求严格等。

　　以前对毛细管的研究大多局限在标准工况,而对非标准工况时毛细管的性能以及对整机的影响研究不足[1、2],进行这方面的研究对于制冷装置的设计和优化都 是十分重要的。实际上,毛细管的流动特性对装置的系统性能影响显著。文献[3]按等焓流动建立了毛细管的通用积分模型,模型是以毛细管进出口状态为边界条 件的。文献[4]已提出毛细管四段流阻模型。本文将根据四段流阻模型进行毛细管流动状况的数值模拟,在此基础上分析毛细管的流动特性,并以实验来验证所提 出的理论模型的正确性。

　　本文对流体物性的计算借用了日本的PROPATH程序[5],确保了计算的准确性。

　　2 毛细管数学模型的建立

　　毛细管工作的机理是:高压制冷剂进入毛细管后,由于流道横截面积变窄,流体流速增加,从而在流体与毛细管壁面之间产生剧烈摩擦,导致压力不断下降。

　　从冷凝器出口到蒸发器入口之间的毛细管的节流过程按流动特性划分,一般可以分为如图1所示的四个阻力损失阶段[4]。沿工质在管内的流动方向,这四个阶段分别是突然收缩段Ⅰ、单相流段Ⅱ二相流段Ⅲ和突然扩张段Ⅳ。在以前的毛细管模型中,Ⅰ段和Ⅳ段往往被忽略。

　　在建立毛细管数学模型之前,首先需要作如下假定:

　　(1)流体在管内作一维流动;

　　(2)整个流动过程为绝热流动;

　　(3)对于二相流动采用均相流模型,由于毛细管中流速较高,故这一假设近似成立。

　　对于流动的的四个阶段需建立不同的流动模型:

　　2.1 突然收缩段

　　如图2所示,单相流通过突然收缩段后的静压差为[6]:

　　其中突缩压力损失为:

　　冷凝器出口与毛细管入口面积比为:

　　a=A₁/A₂(3)

　　收缩系数为：

　　ac=Ac/A₂(4)