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毛細(xì)管應(yīng)該如何設(shè)計計算?

 空調(diào)、冰箱制冷系統(tǒng)中的毛細(xì)管屬于膨脹裝置(或叫節(jié)流裝置),其作用是:降低液體制冷劑的壓力和溫度;調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量。

   小型制冷裝置如電冰箱、房間空調(diào)器中大多用毛細(xì)管作為節(jié)流裝置。毛細(xì)管一般是銅制的,管內(nèi)直徑在1mm以下,連接于冷凝器與蒸發(fā)器之間。起到一個能降低壓縮機(jī)送來的高壓液化制冷劑的壓力的作用。本文我們一起來探討下毛細(xì)管應(yīng)該如何設(shè)計。

一、毛細(xì)管長度尺寸初步估算公式

毛細(xì)管一般是銅制的,管內(nèi)直徑在1mm以下,連接于冷凝器與蒸發(fā)器之間。起到一個能降低壓縮機(jī)送來的高壓液化制冷劑的壓力的作用。制冷系統(tǒng)中制冷劑流量隨毛細(xì)管長度的增加而減少,隨毛細(xì)管直徑的增大而增加。

因此改變毛細(xì)管長度和直徑,也就改變了供給蒸發(fā)器的制冷劑流量,制冷設(shè)備的工作狀態(tài)將產(chǎn)生變化。毛細(xì)管孔徑尺寸偏差0.01mm,約影響制冷劑流量2.5%~4%??變?nèi)表面越粗糙,流阻越大,制冷劑流量將減少。

毛細(xì)管直徑和長度的確定,一般應(yīng)初步估算,然后通過實(shí)際空調(diào)器中運(yùn)行調(diào)試,最終獲得最佳尺寸。

初步估算毛細(xì)管尺寸和長度時,可應(yīng)用下式:

G=5.54(ΔP/L)0.571D2.71

式中:

G-制冷劑流量(g/s)

ΔP-毛細(xì)管進(jìn)、出口的壓力差(Mpa)

L-毛細(xì)管長度(m)

D-毛細(xì)管內(nèi)徑(m)

毛細(xì)管作為節(jié)流裝置的不足之處在于,它對于制冷系統(tǒng)工況變化適應(yīng)性差,不能使各種工作狀態(tài)都處于最佳。

二、毛細(xì)管的結(jié)構(gòu)設(shè)計
  
因?yàn)橹评湓O(shè)備的結(jié)構(gòu)有多種多樣,而用戶對不同制冷設(shè)備的要求也不一樣,所以在毛細(xì)管的結(jié)構(gòu)設(shè)計上也有所不同。
 
三、毛細(xì)管的長度和直徑設(shè)計
 
毛細(xì)管的長度和直徑都是決定制冷劑流量的重要因素。
 
使用方法如下:
1)如現(xiàn)有一個內(nèi)徑和長度的毛細(xì)管,要換成另外一個內(nèi)徑和長度,那么先在左邊的Tube I.D.列中找出原來的內(nèi)徑;
2)在表中第二行找到要換成的內(nèi)徑(如果沒有可以用插值法),向下垂直找到和原來的內(nèi)徑水平方向在表中的交點(diǎn),就是換算系數(shù);
3)用原來的長度乘以換算系數(shù)就是要換成的長度。
 
四、毛細(xì)管的長度和直徑計算
 
毛細(xì)管長度的選擇首先肯定要知道制冷劑的質(zhì)量流量,所以要知道制冷量,蒸發(fā)溫度,冷凝溫度,過冷度,過熱度等參數(shù);一般設(shè)計參數(shù)見下表:
 
所以制冷劑的質(zhì)量流量為:
Gf=制冷量/ΔHkg/s
對于毛細(xì)管長度的確定現(xiàn)在多用曲線比對法,先選擇一個尺寸的毛細(xì)管作為標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管,在一系列常用條件下做實(shí)驗(yàn)畫出一系列曲線,當(dāng)要確定某一條件下的毛細(xì)管時,用該條件下的已知條件和標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管對比,然后確定所需毛細(xì)管尺寸。這里介紹Hopkins(1950)開發(fā)的確定毛細(xì)管尺寸的一種方法,但只有R12和R22兩種制冷劑:
 
下圖給出的就是上述介紹的方法,下圖是標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管在不同冷凝溫度和過冷度時的曲線,這個圖只適用于毛細(xì)管出口壓力大于蒸發(fā)壓力的條件,前面已經(jīng)說了,現(xiàn)在商用和家用制冷系統(tǒng)都是毛細(xì)管出口壓力大于蒸發(fā)壓力的,因?yàn)檫@樣毛細(xì)管的流量和蒸發(fā)壓力是沒有太大關(guān)系的。右圖是基于標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管的各種毛細(xì)管的尺寸。確定所需毛細(xì)管的尺寸步驟如下:
1.通過已知條件,如制冷量,蒸發(fā)壓力,冷凝壓力,過冷度,過熱度等計算出制冷劑的質(zhì)量流量G;
2.利用左圖查出標(biāo)準(zhǔn)流量 Ga,然后計算相對流量系數(shù)φ1=G/Ga;
3.利用右圖查出所需毛細(xì)管尺寸。
 

這里一直提到臨界壓力的問題,為了對臨界壓力有一個直觀的理解,這里介紹一種查找臨界壓力的方法。右表給出了毛細(xì)管的不同進(jìn)口條件下不同長徑比λ的臨界壓力,查找方法如下:

 

從圖中的示例可以看出,對于空調(diào),根據(jù)冷凝壓力和過冷度可以看出,一般都在7bar以上,都比蒸發(fā)溫度5-6bar 高,對于冰箱,也可以得出相同的結(jié)論。
因此,在確定毛細(xì)管長度時,主要是考慮冷凝壓力和過冷度。
 
在ASHRAE的手冊,介紹了Wolf et al.(1995)重新開發(fā)的曲線,這些曲線的使用方法和上面的類似,但誤差比上面的會小些,使用的前提條件是絕熱毛細(xì)管,毛細(xì)管的出口壓力大于蒸發(fā)壓力,這些曲線也是通過標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管曲線來確定所需毛細(xì)管的尺寸和流量,而且這些曲線都是現(xiàn)在常用的制冷劑,如R22,R134a,R410A等。
和上面的方法有點(diǎn)不一樣的是,對于 R22,R410A,當(dāng)毛細(xì)管進(jìn)口是兩相時,流量系數(shù)圖不和單相的共用一張,而有自己的流量系數(shù)圖。而R134a當(dāng)進(jìn)口是兩相時,實(shí)際流量需乘以0.95 這個調(diào)整系數(shù),對于其他的具體步驟同上。
從這兩種方法,我們可以看出,當(dāng)流量系數(shù)一樣時,對應(yīng)的毛細(xì)管尺寸有幾種,這也就是說,當(dāng)流量系數(shù)一樣時,不同毛細(xì)管尺寸之間可以互換。
 
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