絕熱毛細(xì)管內(nèi)制冷劑質(zhì)量流量的特性

1、維晉資計(jì)I 2003年第3】卷第5期流體機(jī)械49文章編號(hào)：KX&0329(2003 )050CK7(»絕熱毛細(xì)管內(nèi)制冷劑質(zhì)量流量的特性研究周勤 劉楚蕓 楊快威 蓋愛華(浙江大學(xué)，浙江杭州3KXJ27)摘慕：運(yùn)用絕熱毛麵管的均相流模型，數(shù)值模擬了毛細(xì)普內(nèi)制掙劑的質(zhì)屋流蜀、并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證;幷折了 R12, 砒如兩種制冷捌在毛細(xì)管內(nèi)的駅動(dòng)特性，討論了過冷盛、毛細(xì)管隹度、入口壓力、出口壓力等蠢數(shù)對(duì)制冷刑質(zhì)輩流量的 關(guān)詞,處穗毛細(xì)管:質(zhì)量流屍中圖分類號(hào)：TR6P2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AInvestigation on the Characteristic of the Mass Flaw R

2、ate in Adiabatic Capillary Tube2»u Qin Uu Oidyun Yan Changuti Jiang AihuaAbstract:Boyd un the Humuennous Flow Mocfel </ adiabatic capiJLary tubes, a cduiiUt pcogram for munencal sinmlabon of thenwfis flow rate ofin 個(gè)pillaiy tube is developed. The results obtained are uwnpaml with iht measURt

3、d lIhU and then analyzed. Hie invcsli飄inret include (he cifecla of refrirant subconling, capillary 】erth* concWhung presaune» evapuraling pressun? with re&igej«Jits of R12 and R134a respectively nn lhe mass Haw rate of m&igcnuri .KEywnrtfc:wJjabalic capillaxy lube&i lhe nut鷗 fl

4、ow mle維晉資計(jì)I 2003年第3】卷第5期流體機(jī)械49維晉資計(jì)I 2003年第3】卷第5期流體機(jī)械49收犒日期：200207-121稿日購：2002-09-181引言毛細(xì)管是小型制拎裝置中常用的節(jié)流元件之 一。由于制拎劑在毛細(xì)管內(nèi)兩相流動(dòng)比較復(fù)雜、 使得毛細(xì)管的流量計(jì)算變得較為困難口工稈上常 用試湊法來選用毛細(xì)管需要花費(fèi)大量的時(shí)閭。本文針對(duì)R12制冷系統(tǒng)建立了絕熱毛細(xì)管 的均相流模型'模擬計(jì)算制冷劑質(zhì)最流量，并進(jìn) 行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，計(jì)算數(shù)值與實(shí)驗(yàn)值得到了較好地 吻合。由干人們對(duì)臭氧層空洞和溫室效應(yīng)的關(guān) 注，文中也對(duì)主要替代工質(zhì)R134在毛細(xì)管內(nèi)的 流動(dòng)特性做了較好的數(shù)值模擬，這對(duì)實(shí)際

5、工程應(yīng) 用具有一定的指導(dǎo)意義。2毛細(xì)管內(nèi)制冷劑潦動(dòng)特性的分析制冷劑在毛細(xì)管內(nèi)流動(dòng)的騎動(dòng)勢(shì)是毛細(xì)管 進(jìn)出口壓差,在壓差騾動(dòng)下過冷的制持劑液體 進(jìn)人毛細(xì)管,隨后制樓劑在毛細(xì)管內(nèi)的流動(dòng)可分 為過冷液體區(qū)I、亞穩(wěn)態(tài)液休區(qū)U、亞穩(wěn)態(tài)氣液兩 相區(qū)ID和熱平衡態(tài)氣鍍兩相IXWpq個(gè)流動(dòng)區(qū) 域，如圖1所示。圖1沿毛細(xì)背氏度方向的壓力和溫度變化制掙劑迸人毛細(xì)管后，因流動(dòng)摩擦制冷刑壓 力下降、此時(shí)制拎劑處于過冷狀總，壓降呈線性變 化*對(duì)于液休制冷劑，可以認(rèn)為是不可壓編流體” 對(duì)于絕熱流動(dòng)以證明液體溫度不變，即此時(shí)制48FLUID MACHINERYVol.31tNo.5,2003徐刑溫度分布應(yīng)棵持進(jìn)口溫度。因此在

6、熱力學(xué) 平衡的假設(shè)下，當(dāng)制冷劑壓力下降至液體溫度所 對(duì)應(yīng)的飽利壓力時(shí),制冷劑便雯發(fā)生由液相到吒 相的相變很卩閃發(fā)現(xiàn)蒙，開始閃發(fā)的位置稱為閃發(fā) 點(diǎn)口但事實(shí)上,實(shí)驗(yàn)研究表明，當(dāng)制冷劑壓力下降 至液休溫度所對(duì)應(yīng)的炮和壓力點(diǎn)，即熱力學(xué)平衡 下的閃發(fā)點(diǎn)時(shí)，制冷刑液體并不立即發(fā)生閃發(fā)。 原因是氣泡的產(chǎn)生和生從在滿足熱力學(xué)平衡的基 礎(chǔ)上還要滿足力學(xué)平衡、克服相間壓力差。所 以,制拎劑液體便在毛細(xì)管內(nèi)形成一個(gè)“過熱“液 體區(qū)U，這一狀態(tài)很不穩(wěn)定，一旦受到小擾動(dòng)的影 響，平衡就會(huì)遭到破壞，故稱之為亞穩(wěn)態(tài)液護(hù)區(qū)。 一，般當(dāng)過熱度達(dá)到25七，使囚蒸發(fā)溫度延遲2 -3弋時(shí)，氣液相間的壓力差就滿足氣泡產(chǎn)生和生 成所需的

7、力學(xué)條件液體真正開始閃發(fā)*在閃發(fā) 的初期*氣泡生成較少，從總體上看仍處于亞穩(wěn)態(tài) 區(qū)，即皿區(qū)*但這一過程相當(dāng)短暫隨著氣相的堆 加，制冷劑平均比容上升流速迅速加快流動(dòng)的 摩擦阻力增力EU制冷劑壓力加速下降，從而很快過 渡到熱力學(xué)平衡下的氣液兩相瀕動(dòng)，即IV區(qū)。在 熱平衡態(tài)氣液兩相區(qū)壓力降為非線性變化，但溫 度始終對(duì)應(yīng)于各點(diǎn)壓力的抱和溫度。3實(shí)驗(yàn)裝3.1賓驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)選用的是BYD-150B三星級(jí)電子溫 控電冰箱，制拎工質(zhì)為R12。為了獲取制嶺劑的 質(zhì)量流屆,在制冷劑回路上加裝了流凰計(jì)-在吸 筑管、蒸發(fā)器前、壓縮機(jī)出口以及冷瓏器后的管子 上分別澤接了 4只壓力表以獲取制拎劑的壓力， 井在相關(guān)點(diǎn)上布

8、置了熱電偶測(cè)鼠制冷劑溫度。改 裝后的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，既能進(jìn)行毛細(xì)管內(nèi)制冷劑兩相流 的實(shí)驗(yàn)研究,又能進(jìn)行電冰箱性能測(cè)試的實(shí)驗(yàn)研3.2測(cè)試系統(tǒng)制冷劑的流量由出廠標(biāo)定精度為2.5級(jí)的 LZB-10型轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)岀口壓力表的精度為 0札其中兩只低壓表的量程為11«內(nèi),兩只髙壓表 的量程為1倚MP航利用銅-康銅熱電偶及多路轉(zhuǎn) 換開關(guān)取得溫度信號(hào).經(jīng)數(shù)字電壓表讀出*4敢學(xué)樓型建宜相應(yīng)的絕熱毛細(xì)管數(shù)學(xué)模型，作如下 假設(shè)：(1) 毛細(xì)管內(nèi)的流動(dòng)為一維絕熱均相流動(dòng)。(2) 忽略亞穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。4J 過冷液體區(qū)連續(xù)方程：m = G/ F - const(1)式中nt質(zhì)量流率，kg/W皆)G 質(zhì)量流鈕.焰心F截面積動(dòng)

9、雖方程:dp十導(dǎo)才 式中p壓力*Pa.f沿程摩阻系數(shù)u比容、m?/kgD內(nèi)徑価I長(zhǎng)度切4.2氣漉兩相區(qū)連續(xù)方程；hi - C/F = co/iu( = const(3)式中z平均流速Tm/s動(dòng)量方程：-如二粵才Q +亦妝能尿方程：d/iO(5)式中 h比熔,kj/l隔其中氣液碉相混合物的比熔和比容可分別表 示為；hi = xhg + ( 1 - I) ft/ 45 二 SUg * 】一耳)W5結(jié)果分析 5.1 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證毛細(xì)管內(nèi)制冷劑的質(zhì)屆流量取決于毛細(xì)管長(zhǎng) 度、內(nèi)徑s過冷度、人口壓力、出口壓力以及毛細(xì)管 的相對(duì)粗糙度等參數(shù)°根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型，計(jì) 算了不同工況下制冷劑R12的質(zhì)屆流駅

10、,與實(shí)驗(yàn) 值比較(如表1所示)，其誤差小于15%.從表中 可以看岀實(shí)驗(yàn)值比計(jì)算值大，這是因?yàn)楸灸Ｐ秃?曜了流動(dòng)過程中的亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，事實(shí)上亞穩(wěn)態(tài)的 存在延長(zhǎng)了過冷段長(zhǎng)度，編短了兩相段長(zhǎng)度毛細(xì) 管總的沿程摩阻系數(shù)下降，導(dǎo)致制冷劑流量增加。制拎捌心口 10(MPa)p* ( MPh)D(nffl)it(m機(jī)小)陽(”討£>»(%)7.85845.904114.0780.63.20,560.63712 J7.85861.600Hl.1350.63.20.57035 3口巧868,47116.0400,63,20,590.65L9.4niz0.87846屈111.1350t63

11、.20.闢0.fi023.78.9684S.347111,1350,63.20.5S0,6379.07+67841.980111.1350.63.20.56Dg7.0褰】計(jì)算值與買驗(yàn)值的比較注：丄為計(jì)算值，G為實(shí)雅值tD = IG -5.2數(shù)僅分析針對(duì)R12.R134a制冷劑，取卄算工況為；D = 0.77X 10'5m；2iriB6 = 4K; P = 0. 920 x ltfPajp =0,426 x ltfPa； £ = 2, 926叫圖2從過拎度、毛細(xì) 管長(zhǎng)度、人口壓力和出口壓力4亍方面對(duì)制冷劑 質(zhì)量流量的影響進(jìn)行了分析°蕉*昭時(shí)®4無«

12、逛人口壓力(MPd)人口壓力對(duì)質(zhì)雖流量的夠響R134a1岀口壓力(MPh)益®N握$««量(D出口壓力對(duì)質(zhì)盤的謊fit的童響圖£幾十主孌霧數(shù)對(duì)質(zhì)量流址的離響從圖2可以發(fā)現(xiàn)，同一計(jì)算工況下R12有著 較大的質(zhì)帛流量,因?yàn)樗哂休^小的摩阻。圖2 0)中制冷劑質(zhì)量流量隨著過冷度的增加而不斷 增加s這是因?yàn)殡S著過冷度的增加，汽化起始點(diǎn)的 壓力值不斷接近出口壓力值，使得過冷段長(zhǎng)度不 翫增大兩相段長(zhǎng)度不斷減小;而過冷段的沿程摩 限系數(shù)小,兩相段的摩阻系數(shù)大,總體上導(dǎo)致沿程 康阻系數(shù)的減小,引起質(zhì)量流量的不斷增大。圖2 (b)中質(zhì)量流量隨著毛細(xì)管長(zhǎng)度的增加而不斷減 小

13、、毛細(xì)骨長(zhǎng)度較短時(shí)，對(duì)流量變化的影晌較大口 比較圖2(c).(d)可以看岀入口壓力對(duì)制冷剖質(zhì)量 流量的影響很明顯而出口壓力對(duì)流量的影響假 乎不大。對(duì)制拎劑R12.R134a在毛細(xì)箭內(nèi)的流動(dòng)進(jìn)行 了數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較表明，該摸型具有 較高的特度;經(jīng)分析知，兩種制冷劑的過冷度、毛 細(xì)管丘度、人口壓力、出口壓力等參數(shù)對(duì)質(zhì)量流量 均有影響。本項(xiàng)研究對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用具有一定的 實(shí)用價(jià)值。#««Li K. Y,tLu)Sui+Chen Z. Y,f Chen Z. H,. Metnstahk Flow of R12 Through Capillary Tube&Lj *Int”L990J31J81-136.Rupasinghe A. S.、Modeling of cqpiUdry tubes far howe* hold rrfrieralDcs a/td freezers J .M. E. thesis Univeniity of Aiiekland+ AuckJsnd New ZmlandT 1996.Somchai Wongwies