r420a和r410a的電子膨脹閥的流量特性分析

r420a和r410a的電子膨脹閥的流量特性分析

1流量特性的研究變頻空壓機的優(yōu)點是，不僅能最大限度地滿足節(jié)能的要求，而且能滿足密封要求。因此,對變頻空調(diào)器的研究無論從理論上還是從實踐上都具有重大意義。變頻就要求制冷劑供液量的調(diào)節(jié)范圍寬。而電子膨脹閥具有流量調(diào)節(jié)范圍寬、控制精度高和適于電路控制等特點,可以根據(jù)負(fù)荷變化而改變系統(tǒng)的流量,保證蒸發(fā)器在很小的出口過熱度下穩(wěn)定工作,使空調(diào)器的啟動和變負(fù)荷動態(tài)特性大大改善。但有關(guān)電子膨脹閥流量特性的研究很少。以往的研究也都僅限于R22,由于它對大氣臭氧層的破壞作用,已被認(rèn)為是不宜使用的制冷劑?！懊商乩麪枀f(xié)定”的通過更促進(jìn)了尋找R22的替代工質(zhì)工作的開展。目前,美國、日本等國傾向于在2.2kW以下的房間空調(diào)器中采用R410a代替R22制冷劑。因此R410a的應(yīng)用將日益廣泛,但目前對采用R410a為工質(zhì)的電子膨脹閥的流量特性的研究至今還沒有報道。通過本文的研究可以給以后對工質(zhì)為R410a的電子膨脹閥的流量特性的實驗研究提供理論參考,為工質(zhì)為R410a的空調(diào)系統(tǒng)選取電子膨脹閥提供理論依據(jù)。本文結(jié)合空調(diào)系統(tǒng),采用馬丁—侯方程對工質(zhì)為R22的電子膨脹閥的流量特性進(jìn)行了計算,其結(jié)果與上海理工大學(xué)的翁文兵等人的實驗結(jié)果比較吻合。同時又采用了日本制冷與空調(diào)協(xié)會的ReinerTillner-RothJinli等人提出的針對R32和R125等四種工質(zhì)的純態(tài)和混合態(tài)的專用方程,自編程序,對原工質(zhì)為R22的電子膨脹閥采用R410a后進(jìn)行計算,得出了采用R22與R410a兩種不同工質(zhì)的電子膨脹閥的流量特性的對比關(guān)系。2模型的構(gòu)建2.1aa至amxa2的amx對于圓錐形閥針(圖1),當(dāng)閥針開啟度為h,閥針孔徑為d,閥針錐角為β時,其工質(zhì)流通面積為:A=πhsin(β2)(d?h2sinβ)Amax=14πd2A=πhsin(β2)(d-h2sinβ)Amax=14πd2當(dāng)β=36°時,可以得出:AAmax=2.568?h/hmax1.568hhmaxAAmax=2.568-h/hmax1.568hhmax2.2由于電子膨脹閥的節(jié)流結(jié)構(gòu)與熱力膨脹閥相同,故仍采用熱力膨脹閥的數(shù)學(xué)模型,沿用水力學(xué)公式來描述電子膨脹閥的流量特性。m=CDA2ρ(P1?P2)??????????√m=CDA2ρ(Ρ1-Ρ2)式中m——制冷劑的流量,kg/sCD——流量系數(shù)A——閥的流通面積,m2ρ——進(jìn)口制冷劑液體密度,kg/m3P1——制冷劑進(jìn)口壓力,PaP2——制冷劑出口壓力,Pa美國Detroit公司的D.D.Wile提出了流量系數(shù)的經(jīng)驗公式:CD=0.02005ρ√+0.634νCD=0.02005ρ+0.634ν式中ρ——制冷劑液體進(jìn)口密度,kg/m33計算結(jié)果和分析3.1不同冷度下流量系數(shù)的變化由選用的數(shù)學(xué)模型可知流量系數(shù)Cd與膨脹閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)沒有關(guān)系。圖2表示結(jié)構(gòu)參數(shù)d=0.5mm、β=36°、120個脈沖時流量系數(shù)CD隨工況變化的關(guān)系。由計算結(jié)果可知,兩種工質(zhì)的流量系數(shù)CD都隨蒸發(fā)溫度te及冷凝溫度tk的升高而下降,但受蒸發(fā)溫度變化的影響程度比較小,受冷凝溫度變化的影響比較大。R410a系統(tǒng)的流量系數(shù)隨冷凝溫度的變化量是R22系統(tǒng)的變化量的2倍。流量系數(shù)隨過冷度tb的增加而有所上升,同樣,R410a受過冷度的影響要大于R22。由此可以看出,流量系數(shù)僅與工質(zhì)的物性有關(guān),而與膨脹閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)無關(guān)。因此,對于不同工質(zhì)的制冷空調(diào)系統(tǒng),膨脹閥要根據(jù)具體工質(zhì)的熱力性質(zhì)選取。3.2流量隨管道孔徑和錐角的變化情況下三大流量比圖3表示運行工況不變時,制冷劑流量隨結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化情況。圖4表示結(jié)構(gòu)固定,制冷劑流量隨工況的變化情況。由計算結(jié)果可知,當(dāng)閥針錐角增大時,流通面積減小,因此流量減小,但影響比較小。當(dāng)孔徑增大時,流量成線性增加。對于圓錐閥,制冷劑流量與孔徑近似成二次方關(guān)系。當(dāng)孔徑和錐角不變時,流量隨脈沖數(shù)的增加成線性增加。我們引入敏感度分析的方法,可以看出流量對孔徑和脈沖數(shù)的敏感度比較大,在做分析計算時,這兩個參數(shù)的微小變化都是要考慮的。而對閥針錐角的敏感度就比較小。因此,在選用膨脹閥時,可以采用較常用的錐角,如30°或36°。當(dāng)結(jié)構(gòu)參數(shù)不變,而改變運行工況時,兩種工質(zhì)的流量都隨蒸發(fā)溫度的降低而下降;隨冷凝溫度的增加而增大,R410a受其影響比R22小;流量隨過冷度的增加而增大,但變化很小。R410a受工況變化的影響比R22小。因此,在變工況條件下,R22系統(tǒng)和R410a系統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)范圍是不同的。3.3r210a系統(tǒng)圖5表示膨脹閥容量Q與孔徑及運行工況的關(guān)系。由結(jié)果可知,膨脹閥容量隨結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化情況與流量的情況一樣,對孔徑的敏感度是最大的。在結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的情況下,R22系統(tǒng)的膨脹閥容量是R410a系統(tǒng)的容量的2倍以上。因此,在采用R410a代替R22時,對膨脹閥的選擇一定要注意采用合適的孔徑。為使R410a系統(tǒng)的膨脹閥容量達(dá)到R22系統(tǒng)的容量,要求前者的電子膨脹閥的孔徑比后者的大。但兩種工質(zhì)隨工況的變化就有很大差別。兩者隨過冷度的增大,膨脹閥容量都增加,但其對R410a系統(tǒng)的影響比R22大。對于R22系統(tǒng),膨脹閥容量隨蒸發(fā)溫度的增大而下降;隨冷凝溫度的增大,膨脹閥容量先增加后下降,當(dāng)tk=55℃時達(dá)到最大值。對R410a系統(tǒng),膨脹閥容量隨蒸發(fā)溫度的增大而略有增加;隨冷凝溫度的增大而下降。因此以獲得冷量為目的的制冷空調(diào)系統(tǒng),采用不同工質(zhì)時最佳的冷凝溫度是不同的。4有關(guān)充放電系統(tǒng)制冷量的影響(1)分析了電子膨脹閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)和系統(tǒng)的運行工況對采用R22和R410a兩種工質(zhì)的膨脹閥的流量系數(shù)及制冷劑流量和膨脹閥容量的影響。通過對敏感度的分析,得出在計算系統(tǒng)制冷量時,必須考慮過冷度和冷凝溫度變化的影響。(2)對于采用R22的系統(tǒng)有利的措施,如提高冷凝溫度、降低蒸發(fā)溫度,對于R410a系統(tǒng)并不合適。對于不同工質(zhì),要根