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毛细管的结构设计与长度的计算方法

2018-10-20 21:51
来自: 制冷百家公众号 收藏 分享 邀请

今天简单介绍一下毛细管长度的估算方法: 一、毛细管的结构设计: 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。 1.单根毛细管 对于一般的冰箱或单冷型的 ...


今天简单介绍一下毛细管长度的估算方法:

一、毛细管的结构设计:

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。

1.单根毛细管

对于一般的冰箱或单冷型的空调,只需单根毛细管来节流即可,不过对于这根毛细管是盘成卷还是长条放置要看制冷设备的结构,家用冰箱冷凝器蒸发器比较近,一般盘起来,一些商用风冷冷柜冷凝器蒸发器离得较远,一般是成条埋在发泡层。

2.单根毛细管带单向阀

这种一般用在调热泵,因为制冷,制热所需的毛细管长度不一样,所以分成制冷,制热两组毛细管,当某根毛细管不使用时,通过单向阀来短路这根毛细管,这种结构需要两个单向阀,但设计简单且互不干扰,特别适用于长连管分体空调。

3.双根毛细管组合

对于热泵型家用空调,有时因为毛细管不能放在室内机(怕噪音太大),一根毛细管用于制冷,制热时再加一根毛细管,这根毛细管在制冷循环时用单向阀来短路。

4.多根毛细管

当蒸发器比较大时,如果流程过长,在设计上需要分路,也可用毛细管来节流兼分配,这时对分配头要求也没有专用分配管那么严格,因为毛细管本身因为节流作用可以调节而避免分配不均的问题。这种结构一般只用在单冷系统。

二、毛细管的长度和直径估算

1、经验公式:

毛细管的长度和直径都是决定制冷剂流量的重要因素,有实验指出,在同样工况同样流量的条件下,毛细管的阻力和长度都近似与其内径的4.6 次方成正比。

F1/F2=D1/D2^4.6

L1/L2=D1/D2^4.6

对于毛细管直径,现在主要是用ID0.42.5mm,在一些大的系统中,也会有用ID6 的铜管作为分配管,虽然也要考虑制冷剂在管路的压降问题,但这类系统的节流主要还是在膨胀阀上,分配管上的只能算是压力损失。

 

2、毛细管长度极限值:

还有毛细管生产公司研究了冰箱系统使用的毛细管,结果表明,当长度超过一定值时“L”,将不对流量再产生影响,其实是当毛细管入口压力一定时,当制冷剂在毛细管内的流速超过临界速度时,毛细管出口压力不再对制冷剂流量产生影响;

3、毛细管长度最短值:

而当毛细过小于一定值时“S”,毛细管的管长也不会对流量产生影响,而主要是管径的变化影响制冷剂流量,这时毛细管相当于孔板节流。

而介于“L”点和“S”之间的长度为1.5-5 (5-16FT)。该公司还针对制冷系统常用的毛细管内径,经过测试,制作了一个不同直径的长度换算表(见下表):

可以根据需要选择不同直径和不同长度,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。

三、毛细管长度的选择计算:

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;

对于风冷冷风型的空调来说,一般设计参数都差不多,见下表:

所以制冷剂的质量流量为:

Gf=制冷量/ΔH kg/s

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R12R22两种制冷剂:

下图给出的就是上述介绍的方法:

左图: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: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。

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。

下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

1).用已知的冷凝压力和过冷度确定A点;

2).划一横线到标准毛细管的长径比B点(λ=2030/1.625=1252);

3).再划一竖线,按照和实际毛细管的长径比的交点在纵坐标找到对应的临界压力;

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。

附:

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R22R134aR410A等。

和上面的方法有点不一样的是,对于 R22R410A,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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