制冷器具中制冷劑充注量的計(jì)算

1、制冷器具中制冷劑充注量的計(jì)算【關(guān)鍵詞】制冷器,制冷劑【摘要】討論了制冷器具中制冷劑充注量與制冷量的關(guān)系以及系統(tǒng)中各部分制冷劑的狀態(tài)和數(shù)量.提出以計(jì)算的方法來確定制冷劑充注量以及單相區(qū)、兩相區(qū)工質(zhì)數(shù)量，并給出了計(jì)算公式.采用這一方法可減少充注量優(yōu)化實(shí)驗(yàn)時(shí)間,已成功運(yùn)用于新產(chǎn)品開發(fā).0引言絕大部分制冷器具中的制冷系統(tǒng)采用毛細(xì)管進(jìn)行節(jié)流,此類制冷系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠等優(yōu)點(diǎn)但因毛細(xì)管屬不可調(diào)節(jié)的節(jié)流元件,因此，此類制冷系統(tǒng)中制冷劑充注量對系統(tǒng)性能特別是制冷量有很大影響.制冷劑充注量的確定一般以實(shí)驗(yàn)方法為主.有些文獻(xiàn)介紹了利用經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算1,但經(jīng)驗(yàn)公式通用性不強(qiáng),準(zhǔn)確程度差.隨著制冷系統(tǒng)中各設(shè)備

2、數(shù)學(xué)模型的完善和計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用,制冷器具中絕大部分設(shè)備的設(shè)計(jì)和優(yōu)化可在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行.在新產(chǎn)品開發(fā)過程中,制冷劑充注量的確定成了實(shí)驗(yàn)工作量最大的環(huán)節(jié),約占全部實(shí)驗(yàn)工作量的40.因此,如能以計(jì)算的方法確定充注量,以實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證,在生產(chǎn)中將有相當(dāng)大的應(yīng)用價(jià)值.1制冷劑充注量與制冷量的關(guān)系對于以毛細(xì)管節(jié)流的制冷系統(tǒng),制冷量與能效比呈正相關(guān)關(guān)系,因此僅需討論充注量與制冷量的關(guān)系.這類系統(tǒng)的制冷循環(huán)在lgph圖上的表示如圖1.如系統(tǒng)中的制冷劑充注量過少,則不能在毛細(xì)管進(jìn)口處保持液封,冷凝壓力上升后,循環(huán)成為1235671.此時(shí)毛細(xì)管流阻急劇上升,流量下降,制冷劑又開始在冷凝器聚集,使循環(huán)恢復(fù)至12345

3、671.但恢復(fù)后流阻下降,液封又被破壞.如此反復(fù)振蕩,系統(tǒng)不能穩(wěn)定工作,平均制冷量很小.圖1制冷循環(huán)在保證毛細(xì)管進(jìn)口液封的條件下,系統(tǒng)中壓縮機(jī)制冷循環(huán)的特性為2q0=f1(tk,t0)q0snt=f2(tk,t0)nts對于給定的壓縮機(jī)，以上兩式可表述為3q0=a0t2k+a0tk+a3tkt0+a4t20+a5t0+a6nt=b1t2k+b2tk+b3tkt0+b4t20+b5t0+b6當(dāng)tk越低、t0越高時(shí),q0越大.同時(shí)，nt越小,能效比越高.制冷劑在冷凝器中沿管長的熱流密度與溫差分布見圖2.其換熱由3段組成，即qk=2(k1c1cl1c+kkklk+k3c3cl3c)ri圖2冷凝器換熱

4、示意冷凝器管長是恒定的，即lc=l1c+lk+l3c=const雖然k1c較小,但基本不變,而1c較大,且有k1c1ckkkqk基本恒定,對換熱影響也較小.隨著制冷劑充注量的增大,液體占用冷凝管內(nèi)容積增加,l3c增大,則必有l(wèi)k減小,k增大,于是tk上升,q0下降.制冷劑在蒸發(fā)器中沿管長的換熱密度與溫差分布如圖3所示它也由兩段組成，即q0=(k00l0+k7e7el7e)fie圖3蒸發(fā)器換熱示意蒸發(fā)器換熱管長也是恒定的，即le=l0+l7e=const當(dāng)制冷劑充注不足時(shí),0增大,q0減?。划?dāng)充注量過多時(shí),由于流阻的增大,雖l7e減小,0仍將增大,t0下降,q0仍下降.在一臺(tái)kf25空調(diào)器上用不

5、同的充注量進(jìn)行實(shí)驗(yàn),相對充注量g/gopt與相對制冷量q0/q0max存在圖4所示關(guān)系,與上述分析一致.圖4充注量與制冷量的關(guān)系2單相段工質(zhì)量的計(jì)算制冷劑在系統(tǒng)中狀態(tài)不斷變化,根據(jù)其狀態(tài)可將系統(tǒng)分幾段，逐段計(jì)算出系統(tǒng)各部分的制冷劑量后即可得出充注量.毛細(xì)管的變工況特性與壓縮機(jī)相反,以毛細(xì)管節(jié)流的制冷系統(tǒng),冷凝器中必須存一定的制冷劑液體.為保證系統(tǒng)能在變工況條件下正常工作,當(dāng)毛細(xì)管流量最大時(shí),冷凝器應(yīng)能保持液封.此時(shí)制冷劑為過冷液體,溫度、比容變化不大,可選取出口處參數(shù)進(jìn)行計(jì)算.于是冷凝器至毛細(xì)管的管路中制冷劑量為g4=fi4l4/v3細(xì)管內(nèi)部容積很小,容納的制冷劑可忽略不計(jì).制冷劑在毛細(xì)管至蒸

6、發(fā)器的管路中處于濕蒸氣區(qū),其干度基本維持節(jié)流后初始干度不變,可作為單相處理，即g5=fi5l5(1-xb)/v1b為保證變工況時(shí)壓縮機(jī)不吸入濕蒸氣,蒸發(fā)器內(nèi)必須有一段過熱長度,但因制冷劑蒸氣的比容為飽和液體的近百倍,這部分制冷劑與蒸發(fā)器至壓縮機(jī)的管路、壓縮機(jī)至冷凝器的管路以及壓縮機(jī)內(nèi)部的蒸氣之和不足15g,在計(jì)算時(shí)可忽略不計(jì).3兩相段工質(zhì)量的計(jì)算制冷劑在冷凝器與蒸發(fā)器中均是管內(nèi)流動(dòng),穩(wěn)定工作時(shí)可視為無相間滑移的定常流動(dòng),兩相區(qū)干度近似呈線性變化x=(1-xb)lx/l+xb由干度的定義，有對于一個(gè)長度微元,則dg=dvv/vv+dv1/v1fidlx=dvv+dv1故于是如圖1和圖3,冷凝器和

7、蒸發(fā)器的兩相段管長分別為4潤滑油中的制冷劑制冷器具均采用夾帶回油,制冷劑與潤滑油完全或部分互溶.制冷劑氣體在油中的溶解度與壓力和溫度有關(guān),可表示為y=c1p3+c2p2+c3p+c4t3+c5t2+c6t+c7通常,溶解度隨壓力上升而增大,隨溫度上升而減小.當(dāng)溶解度求出后,根據(jù)壓縮機(jī)的注油量,可得出溶解于油中的制冷劑量g6=my/(1-y)5驗(yàn)證與結(jié)論應(yīng)用上述計(jì)算方法,對一臺(tái)經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)仍未達(dá)到適當(dāng)充注量的kfr35型空調(diào)器進(jìn)行計(jì)算,將充注量由1.30kg減小為1.10kg,系統(tǒng)各部分制冷劑量見表1.表1系統(tǒng)各部分制冷劑量表組成部分代號(hào)gkgkgkgkgkgk合計(jì)數(shù)量/g343.62295.12

8、37.29141.3751.84100.051100.98經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后,將充注量調(diào)整到1.14kg,制冷量由3240w上升到3480w,能效比由2.63提高到2.76,達(dá)到優(yōu)級(jí)標(biāo)準(zhǔn).計(jì)算誤差為3.5,充注量優(yōu)化實(shí)驗(yàn)僅進(jìn)行2次,時(shí)間與費(fèi)用均大幅下降.由以上討論可得出如下結(jié)論:1)制冷劑充注量與制冷量之間存在最佳匹配關(guān)系,且制冷量最大時(shí)能效比最高.2)用計(jì)算的方法確定充注量,準(zhǔn)確程度高,能減少70%的實(shí)驗(yàn)工作量.作者簡介：時(shí)陽男，44歲，副教授作者單位：鄭州輕工業(yè)學(xué)院機(jī)電科學(xué)與工程系鄭州450002周國峰工作單位為華北水利水電學(xué)院參考文獻(xiàn)1徐傳宙,時(shí)陽,湛清平.制冷器具原理與技術(shù).北京:中國輕工業(yè)出版社,1996.36382雅柯勃松 著.小型制冷機(jī).王士華譯.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1982.88903譚國芳,劉劍峰.空調(diào)器模擬設(shè)計(jì)中的壓縮機(jī)性能擬合.制冷,1997(1):4650符號(hào)說明a,b,