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在冰箱、冰柜、空調器等小型工業(yè)冷水機系統中, 基本上采用毛細管作為節(jié)流機構。毛細管對制冷劑流量的調 節(jié)較小, 因此選擇其合適的長度對提高系統性能尤為重要。當制冷劑在毛細管內流動時, 壓力下降、液體閃 蒸, 使冷凝器中原來的高溫高壓液體變成低溫低壓液 體進入蒸發(fā)器。 在壓縮機停機時, 冷凝器中的一部分高壓制冷劑通過毛細管向低壓側回流, 直到系統壓力平衡為止。若冷凝器容積過大, 或高壓側設有儲液器,停機后過量的制冷劑將流向蒸發(fā)器, 在蒸發(fā)器內進行二次冷凝, 使蒸發(fā)器變暖, 制冷效果降低, 蒸發(fā)器內充滿液體, 給下次啟動造成困難。 這點對于半封閉和全封閉壓縮機來說是相當重要的。
制冷劑在毛細管內的流動特征
毛細管是利用流過液體比氣體容易的特性工作的。 裝在冷凝器后面的毛細管, 在正常負荷下其進口處充滿了液體, 如果裝置平衡被破壞, 即未被冷凝的制冷劑蒸汽進入毛細管, 則制冷劑的流量會大為減少; 反之, 液體制冷劑積聚在冷凝器內, 制冷劑被過冷, 那么制冷劑流量增加。如果選用合適的毛細管, 則毛細管對負荷和裝置內的狀態(tài)變化能自動修正, 顯示出它能在相當的范圍內滿足性能要求的功能。液體制冷劑以過冷狀態(tài)由1 點進入毛細管。管內液體部分的壓力降是一條直線。從液體閃發(fā)蒸汽、產生氣泡起到管末端為止, 壓力降并不是直線, 同時單位長度壓力降越接近末端 越大, 以至于毛細管末端到進入蒸發(fā)器之間壓降最大。 由于管內制冷劑是絕熱流動, 所以從1 點開始制冷劑的溫度分布應保持進口溫度一直維持到壓力降 至該溫度所對應的飽和壓力2點為止。 實際上, 通過對毛細管的機理研究, 由于毛細管直徑很小, 制冷劑的流速較大, 通常情況下, 會出現亞穩(wěn)定狀態(tài)的液體—— 過熱液體的存在, 使得閃點的溫度和壓力并不對應, 一般閃點延遲 3℃左右。從3點以后壓力降低, 溫度降低, 壓力和溫度的曲線重合。
單相可壓縮流體在等截面內流動會出現臨界流現象。 即當流體進出口壓差大到某一臨界值時, 質量流量就不再增加, 稱之為達到臨界流。同樣, 毛細管內汽液兩相混合物也是一種可壓縮流體, 當毛細管的進口壓力保持不變, 制冷劑的質量流量將不會隨出口壓力減小而無限增大, 而是達到某一值后, 就不受出口壓力的影響而保持不變, 也會出現臨界流現象。 也就是說, 通過毛細管的流量, 是隨毛細管進口壓力的增加而增加, 而毛細管出口壓力降低時流量也會增加,但出口壓力降低到某一壓力以下, 流量就不再增加, 即出現臨界流現象, 這也是用毛細管來控制流量的重要特征。
毛細管長度對冷凝壓力和蒸發(fā)壓力的影響
毛細管加長, 意味著流量減少。 而對于一個固定的工業(yè)冷水機系統, 制冷劑的總量是一定的, 流量的減少, 必然會造成過多的液體集存于冷凝器中, 使冷凝壓力上升, 蒸發(fā)壓力降低。 表1為對 K F 228GW 房間空調器 實測的毛細管取不同長度時的實驗數據, 測試工況為標準制冷工況, 毛細管內徑為 1. 5mm , 系統充注量為900g。
毛細管長度較最佳長度大時, 通過毛細管的流量減少, 過多的制冷劑積存在冷凝器中, 制冷劑浸潤蒸發(fā)器的面積減少, 造成系統冷凝壓力上升的同時, 蒸發(fā)壓力有所降低。 根據熱力學原理, 系統的能效比下降較為劇烈。
毛細管取值較短時, 通過毛細管的流量增加, 由于制冷系統的充注量一定, 積存在冷凝器中的制冷劑 液體將減少, 不能保持毛細管進口處的液封。偏離程度越大, 制冷劑通過毛細管的流阻急劇上升, 制冷循環(huán)將不穩(wěn)定, 形成惡性的液封振蕩循環(huán), 雖然此時冷凝壓力和蒸發(fā)壓力變化不大, 但系統的平均制冷量 將有明顯的減少, 使能效比降低。
采用毛細管節(jié)流的制冷系統存在一個與系統相匹配的最佳的毛細管長度, 偏離這個最佳的長度, 都 將使系統性能下降。 毛細管屬不可調節(jié)的節(jié)流機構, 毛細管的尺寸與制冷系統的匹配必須經過反復實驗確定, 否則不能實用。在制冷系統維護時, 除了必須保證系統的清潔度外, 毛細管長度不可隨意增減, 這一點對保證系統性能特別重要。
另外, 在關注毛細管長度對系統性能影響的同時, 還必須考慮系統制冷劑的充注量的問題。 制冷劑充注量過少, 會影響制冷效果; 過多會使冷凝壓力上升, 增加功耗, 同時也增加了停機回流問題。制冷劑的充注量也必須經過詳細的計算, 并由試驗確定。
