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毛细管应该如何设计计算?

一、毛细管长度尺寸初步估算公式

毛细管一般是铜制的,管内直径在1mm以下,连接于冷凝器与蒸发器之间。起到一个能降低压缩机送来的高压液化制冷剂的压力的作用。制冷系统中制冷剂流量随毛细管长度的增加而减少,随毛细管直径的增大而增加。

因此改变毛细管长度和直径,也就改变了供给蒸发器的制冷剂流量,制冷设备的工作状态将产生变化。毛细管孔径尺寸偏差0.01mm,约影响制冷剂流量2.5%~4%。孔内表面越粗糙,流阻越大,制冷剂流量将减少。

毛细管直径和长度的确定,一般应初步估算,然后通过实际空调器中运行调试,最终获得最佳尺寸。

初步估算毛细管尺寸和长度时,可应用下式:

G=5.54(ΔP/L)0.571D2.71

式中:

G-制冷剂流量(g/s)

ΔP-毛细管进、出口的压力差(Mpa)

L-毛细管长度(m)

D-毛细管内径(m)

毛细管作为节流装置的不足之处在于,它对于制冷系统工况变化适应性差,不能使各种工作状态都处于最佳。

二、毛细管的结构设计

因为制冷设备的结构有多种多样,而用户对不同制冷设备的要求也不一样,所以在毛细管的结构设计上也有所不同。

毛细管应该如何设计计算?

三、毛细管的长度和直径设计

毛细管的长度和直径都是决定制冷剂流量的重要因素。

毛细管应该如何设计计算?

使用方法如下:

1)如现有一个内径和长度的毛细管,要换成另外一个内径和长度,那么先在左边的Tube I.D.列中找出原来的内径;

2 )在表中第二行找到要换成的内径(如果没有可以用插值法),向下垂直找到和原来的内径水平方向在表中的交点,就是换算系数;

3 )用原来的长度乘以换算系数就是要换成的长度。

毛细管应该如何设计计算?

四、毛细管的长度和直径计算

毛细管长度的选择首先肯定要知道制冷剂的质量流量,所以要知道制冷量,蒸发温度,冷凝温度,过冷度,过热度等参数;一般设计参数见下表:

所以制冷剂的质量流量为:

Gf=制冷量/ΔHkg/s

毛细管应该如何设计计算?

对于毛细管长度的确定现在多用曲线比对法,先选择一个尺寸的毛细管作为标准毛细管,在一系列常用条件下做实验画出一系列曲线,当要确定某一条件下的毛细管时,用该条件下的已知条件和标准毛细管对比,然后确定所需毛细管尺寸。这里介绍 Hopkins(1950)开发的确定毛细管尺寸的一种方法,但只有R12和R22两种制冷剂:

下图给出的就是上述介绍的方法,下图是标准毛细管在不同冷凝温度和过冷度时的曲线,这个图只适用于毛细管出口压力大于蒸发压力的条件,前面已经说了,现在商用和家用制冷系统都是毛细管出口压力大于蒸发压力的,因为这样毛细管的流量和蒸发压力是没有太大关系的。右图是基于标准毛细管的各种毛细管的尺寸。确定所需毛细管的尺寸步骤如下:

1.通过已知条件,如制冷量,蒸发压力,冷凝压力,过冷度,过热度等计算出制冷剂的质量流量G;

2.利用左图查出标准流量 Ga,然后计算相对流量系数φ1=G/Ga;

3.利用右图查出所需毛细管尺寸。

毛细管应该如何设计计算?

这里一直提到临界压力的问题,为了对临界压力有一个直观的理解,这里介绍一种查找临界压力的方法。右表给出了毛细管的不同进口条件下不同长径比λ的临界压力,查找方法如下:

从图中的示例可以看出,对于空调,根据冷凝压力和过冷度可以看出,一般都在7bar以上,都比蒸发温度5-6bar 高,对于冰箱,也可以得出相同的结论。

因此,在确定毛细管长度时,主要是考虑冷凝压力和过冷度。

毛细管应该如何设计计算?

在 ASHRAE的手册,介绍了Wolf et al.(1995)重新开发的曲线,这些曲线的使用方法和上面的类似,但误差比上面的会小些,使用的前提条件是绝热毛细管,毛细管的出口压力大于蒸发压力,这些曲线也是通过标准毛细管曲线来确定所需毛细管的尺寸和流量,而且这些曲线都是现在常用的制冷剂,如R22,R134a,R410A等。

和上面的方法有点不一样的是,对于 R22,R410A,当毛细管进口是两相时,流量系数图不和单相的共用一张,而有自己的流量系数图。而R134a当进口是两相时,实际流量需乘以0.95 这个调整系数,对于其他的具体步骤同上。

从这两种方法,我们可以看出,当流量系数一样时,对应的毛细管尺寸有几种,这也就是说,当流量系数一样时,不同毛细管尺寸之间可以互换。

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