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恒溫恒濕試驗(yàn)箱中毛細(xì)管熱氣旁通的設(shè)計(jì)及粗算過程

作者： salmon范編輯：瑞凱儀器來源： www.shubeikang.com 發(fā)布日期： 2020.09.22

毛細(xì)管是一種便宜、有效、沒有磨損的節(jié)流機(jī)構(gòu)，它在恒溫恒濕試驗(yàn)箱的制冷裝置中經(jīng)常被用作液體節(jié)流器,對蒸發(fā)器供液。毛細(xì)管作為液管節(jié)流器的計(jì)算一直都沒有可靠公式，大多根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值通過實(shí)驗(yàn)確定。將其用在熱氣旁通管中，利用制冷工質(zhì)在細(xì)長管中的流動阻力，對壓縮機(jī)排氣管中的高溫高壓過熱工質(zhì)進(jìn)行降壓節(jié)流成為高溫低壓氣體，節(jié)流過程只涉及到單相流體，可以通過管道的阻力粗略計(jì)算得出毛細(xì)管管內(nèi)徑和長度。
一、毛細(xì)管熱氣旁通的粗算過程

如圖3所示，毛細(xì)管多采用夾扁大管焊接，毛細(xì)管進(jìn)出兩端實(shí)質(zhì)上是一個(gè)突縮和突擴(kuò)的局部阻礙。從流體力學(xué)的角度,毛細(xì)管的的節(jié)流能力就是對這個(gè)兩個(gè)局部阻礙和毛細(xì)管沿程阻力的計(jì)算。

毛細(xì)管連接模型

圖3 毛細(xì)管連接模型

    1、計(jì)算毛細(xì)管前后低壓、高壓熱氣旁通管的管內(nèi)流速υ1、υ3
    首先根據(jù)設(shè)計(jì)的運(yùn)行壓力，結(jié)合制冷劑的工質(zhì)性質(zhì)可以查出毛細(xì)管前后高壓、低壓熱氣旁通管道內(nèi)的密度或比容，從而計(jì)算得出體積流量：
                            （1）

根據(jù)體積流量確認(rèn)毛細(xì)管前后低壓、高壓熱氣旁通管的內(nèi)管徑:
（2）

    管徑一般根據(jù)管內(nèi)流速來確定，考慮的一個(gè)依據(jù)是管內(nèi)噪音，管內(nèi)流速在3000FPM（15.24m/s）以上會產(chǎn)生很大噪音。管內(nèi)流速不應(yīng)超過15m/s。毛細(xì)管后的低壓管一般取略大于毛細(xì)管前的高壓管。
    以流速計(jì)算得出的管徑D是小要求的銅管內(nèi)徑。而商用銅管的尺寸已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，為保證可靠性，環(huán)境試驗(yàn)箱制冷系統(tǒng)管路銅管在選擇時(shí)均選用壁厚較厚的K形式銅管。
    得出內(nèi)徑后，

    計(jì)算得到毛細(xì)管前后熱氣旁通管的氣體流速分別為 υ1、υ3 。
    2、初定毛細(xì)管的內(nèi)徑
    不同毛細(xì)管的管內(nèi)徑和管長在相同應(yīng)用工況下存在類比關(guān)系，內(nèi)徑和管長共同確定毛細(xì)管的節(jié)流能力。所以管長和內(nèi)徑需先假定一個(gè)初始內(nèi)徑值，再計(jì)算管長。當(dāng)計(jì)算管長太長時(shí)（影響實(shí)際生產(chǎn)加工），再通過類比，或重選管內(nèi)徑較大的毛細(xì)管重新計(jì)算。熱氣旁通管毛細(xì)管一般假定內(nèi)徑值為高壓熱氣旁通管D1的1/2左右，即1/4的截面積。
    3、計(jì)算毛細(xì)管沿程阻力
    毛細(xì)管的長度直接影響的是制冷劑的沿程阻力，要計(jì)算毛細(xì)管的長度，就需要先得到毛細(xì)管的沿程阻力值。而這個(gè)沿程阻力值可以粗略的看做整個(gè)熱氣旁通回路的壓降除去毛細(xì)管進(jìn)出口兩個(gè)局部阻力△P1-2 和△P2-3 。
    制冷劑過熱氣體在毛細(xì)管中流動時(shí)，比容不斷發(fā)生改變，流速越來越快，加上管路的保溫作用，在毛細(xì)管長度粗算時(shí)，將其單純的看成一元?dú)怏w在絕熱管中流動能簡化計(jì)算過程，也較貼近實(shí)際。
    根據(jù)氣體一元?dú)怏w連續(xù)性方程 ρvA=C,C為常量。
    毛細(xì)管進(jìn)出口的流速看做氣體圓形斷面在有限空間射流分析，為方便計(jì)算，將射流斷面的平均流速、密度假定為隨噴射距離均勻變化，由此可以計(jì)算得到制冷劑在流入、流出毛細(xì)管瞬間的流動狀態(tài)參數(shù)v2i ,ρ2i;v2o,v2o。

毛細(xì)管前后突然縮小和突然擴(kuò)大的兩個(gè)局部阻力可分別采用計(jì)算公式：

QQ截圖20200922082345

     4、計(jì)算毛細(xì)管的長度
    毛細(xì)管節(jié)流過程為絕熱膨脹過程，根據(jù)一元?dú)怏w絕熱流動的基本公式（近似解）：
                                (5)

    公式中：P1、P2－毛細(xì)管進(jìn)出口壓力，單位為Pa；
    l——毛細(xì)管長度，單位m；
    λ——摩擦阻力系數(shù)；
    k——制冷劑氣體絕熱系數(shù)，常數(shù)k=1.33；
    ρ1——制冷劑密度，kg/m3 ；
    D——毛細(xì)管內(nèi)徑，單位m；
    G——制冷劑質(zhì)量流量，單位 kg/s；
    A——毛細(xì)管截面積，單位m2。
    毛細(xì)管的沿程阻力系數(shù)根據(jù)雷諾數(shù) 選擇相應(yīng)的公式，
    當(dāng)Re=4000~107 時(shí)采用在柯式公式基礎(chǔ)上簡化的莫迪公式：
                            (6) 瑞凱儀器

當(dāng)Re＞107時(shí)采用在柯氏公式上簡化的阿里特蘇里公式：
(7) 熱旁通

    式中K為當(dāng)量糙粒高度，對于銅管，根據(jù)莫迪當(dāng)量粗糙圖得出k=0.01mm。
    由絕熱管路一元?dú)怏w流動方程可得毛細(xì)管長度：
                          （8） QQ截圖20200922082729

通過計(jì)算得出的毛細(xì)管長度是一個(gè)較為粗略的值，要更精確的滿足實(shí)際應(yīng)用還需要進(jìn)一步通過試驗(yàn)驗(yàn)證。同時(shí)根據(jù)不同的應(yīng)用場合，也可以根據(jù)需要提高制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)的允許壓力。

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