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《制冷技术》课程分组讨论题2014年5月讨论题九：对于一台采用R22为制冷剂的1.5HP容量房间分体空调器，名义制冷量为3500W，主要部件包括压缩机、风冷冷凝器（室外机）、毛细管节流机构、室内翅片管换热器及气液分离器（容积为2升）。试通过理论确定该分体空调器的毛细管长度。房间空调器设计工况为：蒸发温度7℃，冷凝温度55℃，液体温度50℃，吸气温度18℃。要求：（1）分析毛细管节流的工作原理；（2）明确制冷系统毛细管长度的确定方法；（3）编制毛细管长度计算程序；（可以采用matlab编程，直接调用RefProf软件中的制冷剂数据库）（4）分析毛细管长度对制冷系统运行性能对影响。答案：1.毛细管节流的工作原理毛细管一般指内径为0.4~2.0mm的细长铜管。作为制冷系统的节流机构，毛细管是最简单的一种，因其价廉、选用灵活，故广泛用于小型制冷装置中，最近在较大制冷量的机组中也有采用，如我公司10匹柜机采用了，甚至在更大的单冷系统也有用到，某公司40KW的水冷柜机机组中也有采用。目前公司使用的毛细管的规格有：1.24mm、1.37mm、1.63mm。定制的毛细管规格有：1.8mm、2.1mm、2.4，还有6mm、8mm的铜管也可做较大系统节流用等。毛细管节流是利用制冷剂在细长管内流动的阻力而实现的。按使用情况，毛细管可以是有热交换和无热交换的，故制冷剂流经毛细管的过程可以典型化为绝热膨胀过程和有热交换的膨胀过程。目前公司基本上采用绝热膨胀的方式。制冷剂在毛细管中的流动状态，沿管长方向的压力和温度变化，如图1所示。1）过冷区从冷凝器流出的液体制冷剂以过冷状态1点进入毛细管内流动，并随着压力的降低液体过冷度不断减小，直至变为饱和液体，即理论闪点2点，此段制冷剂状态为单相液体。在这一段中制冷剂在管内为绝热流动，同时因流速不变，其管内液体部分的压力降是一条直线。2）亚稳区即从毛细管内流动的制冷剂的理论闪点2点到达到饱和湿蒸汽点3点。通过对毛细管的机理研究，由于毛细管直径很小，制冷剂的流速较大，通常情况下，会出现亚稳定状态的液体——过热液体的存在，使得闪点的温度和压力并不对应，一般闪点延迟3C左右。3）两相区从3点开始制冷剂为汽液两相流动，随着压力的降低，温度也降低，压力和温度曲线重合。毛细管内汽液两相混合物也是一种可压缩流体，当毛细管的进口压力保持不变，制冷剂的质量流量将不会随出口压力减小而无限增大，而是达到某一值后，就不受出口压力的影响而保持不变，也会出现临界流现象，也就是说，通过毛细管的流量，是随毛细管进口压力的增加而增加，而毛细管出口压力降低时流量也会增加，但出口压力降低到临界压力以下，流量就不再增加，即出现临界流现象，这也是用毛细管来控制流量的重要待征。图1 制冷剂沿毛细管流动的状态变化过程2.毛细管的计算方法1) 经验公式毛细管的计算公式到目前为止都不是很精确。现介绍一种从管道阻力计算中推导出来的经验公式。公式中的所取的摩阻系数采用勃兰休斯公式，即根据有关报导，此公式作为摩阻系数计算毛细管长度，更能接近实际。毛细管计算的经验公式如下：式中－压力差（Pk-Pe），单位为PaRe——雷诺数，L——毛细管长度，单位mw——制冷剂流量，单位m/sρ——制冷剂密度，单位kg/m3d——毛细管内径，单位m2) 类比法由于毛细管的理论计算比较复杂，因此选配毛细管的方法，一般是用计算法（或图解法）初步计算毛细管的直径和长度，然后再用实验的方法以验证精确的直径与长度。而实用上还可以采用一种所谓类比法。这是一种经验方法，即参考比较成熟的同类产品进行类比而选择所需要的毛细管。可先从已经生产的老产品中挑选一种与所设计的新产品具有相同或相近的工况，然后按比例推算新产品所需毛细管的尺寸，然后加以实验验证。公司小系统，尤其是家用空调应该经常用该方法。3) 计算机辅助设计通过相关文献的查阅，可以看出，现国内外毛细管的计算机方法的数学模型都很类似，主要区别在于一些公式的选取，现择选其中一篇含金量较高文章如下，希望能参考其中的公式，编写出毛细管计算的实用程序。最后在实验的基础上对其进行修正。（节选《冰箱系统毛细管计算模型》，作者：赵晓宇、韩礼钟、朱明善。《工程热物理学报》，1995.5，该课题为国家计委“八五”重点攻关项目，曾于1994年l0月在浙江宁波召开的中国工程热物理学会工程热力学与能源利用学术会议上宣读）4.毛细管长度对系统的影响吸、排气压力灌注量一定时，随毛细管长度的增加，吸气压力降低，排气压力升高。增加毛细管的长度，则通过毛细管的质量流量下降，向蒸发器供液减少，开始时压缩机质量流量不变，导致蒸发器内工质减少，蒸发压力下降，冷凝器内工质增多，冷凝压力上升。随着吸气比容开始上升，压缩机质量流量下降，高低压压差增大，使压缩机的输气系数下降，加大压缩机质量流量的