制冷器具中制冷剂充注量的计算

制冷器具中制冷剂充注量的计算

作者：时阳发布人：mxlly 发布时间：2006-12-18 10:15:15

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【关键词】制冷器,制冷剂

【摘要】讨论了制冷器具中制冷剂充注量与制冷量的关系以及系统中各部分制冷剂的状态和数量.提出以计算的方法来确定制冷剂充注量以及单相区、两相区工质数量，并给出了计算公式.采用这一方法可减少充注量优化实验时间,已成功运用于新产品开发.

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绝大部分制冷器具中的制冷系统采用毛细管进行节流,此类制冷系统具有结构简单、运转可靠

等优点．但因毛细管属不可调节的节流元件,因此，此类制冷系统中制冷剂充注量对系统性能特别

是制冷量有很大影响.

制冷剂充注量的确定一般以实验方法为主.有些文献介绍了利用经验公式来计算[1],但经验公

式通用性不强,准确程度差.随着制冷系统中各设备数学模型的完善和计算机的广泛应用,制冷器具

中绝大部分设备的设计和优化可在计算机上进行.在新产品开发过程中,制冷剂充注量的确定成了

实验工作量最大的环节,约占全部实验工作量的40％.因此,如能以计算的方法确定充注量,以实验

加以验证,在生产中将有相当大的应用价值.

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对于以毛细管节流的制冷系统,制冷量与能效比呈正相关关系,因此仅需讨论充注量与制冷量

的关系.这类系统的制冷循环在lg p—h图上的表示如图1.如系统中的制冷剂充注量过少,则不能在

毛细管进口处保持液封,冷凝压力上升后,循环成为1—2—3—5′—6′—7—1.此时毛细管流阻急

剧上升,流量下降,制冷剂又开始在冷凝器聚集,使循环恢复至1—2—3—4—5—6—7—1.但恢复后

流阻下降,液封又被破坏.如此反复振荡,系统不能稳定工作,平均制冷量很小.

图1 制冷循环

在保证毛细管进口液封的条件下,系统中压缩机制冷循环的特性为[2]

Q0=f1(t k,t0)Q0s

N t=f2(t k,t0)N ts

对于给定的压缩机，以上两式可表述为[3]

Q0=a0t2k+a0t k+a3t k t0+a4t20+a5t0+a6

N t=b1t2k+b2t k+b3t k t0+b4t20+b5t0+b6

当t k越低、t0越高时,Q0越大.同时，N t越小,能效比越高.

制冷剂在冷凝器中沿管长的热流密度与温差分布见图2.其换热由3段组成，即

Q k=2π(K1cθ1c l1c+K kθk l k+K3cθ3c l3c)r i

图2 冷凝器换热示意

冷凝器管长是恒定的，即

l c=l1c+l k+l3c=const

虽然K1c较小,但基本不变,而θ1c较大,且有

K1cθ1c≈K kθk

Q k基本恒定,对换热影响也较小.随着制冷剂充注量的增大,液体占用冷凝管内容积增加,l3c 增

大,则必有l k减小,θk增大,于是t k上升,Q0下降.

制冷剂在蒸发器中沿管长的换热密度与温差分布如图3所示．它也由两段组成，即

Q0=(K0θ0l0+K7eθ7e l7e)f ie

图3 蒸发器换热示意

蒸发器换热管长也是恒定的，即

l e=l0+l7e=const

当制冷剂充注不足时,θ0增大,Q0减小；当充注量过多时,由于流阻的增大,虽l7e减小,θ0仍将增大,t0下降,Q0仍下降.

在一台KF—25空调器上用不同的充注量进行实验,相对充注量G/G opt与相对制冷量Q0/Q0max 存

在图4所示关系,与上述分析一致.

图4 充注量与制冷量的关系

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制冷剂在系统中状态不断变化,根据其状态可将系统分几段，逐段计算出系统各部分的制冷剂

量后即可得出充注量.

毛细管的变工况特性与压缩机相反,以毛细管节流的制冷系统,冷凝器中必须存一定的制冷剂

液体.为保证系统能在变工况条件下正常工作,当毛细管流量最大时,冷凝器应能保持液封.此时制

冷剂为过冷液体,温度、比容变化不大,可选取出口处参数进行计算.于是

冷凝器至毛细管的管路中制冷剂量为

G4=f i4l4/v3

细管内部容积很小,容纳的制冷剂可忽略不计.

制冷剂在毛细管至蒸发器的管路中处于湿蒸气区,其干度基本维持节流后初始干度不变,可

作

为单相处理，即

G5=f i5l5(1-x b)/v1b

为保证变工况时压缩机不吸入湿蒸气,蒸发器内必须有一段过热长度,但因制冷剂蒸气的比容

为饱和液体的近百倍,这部分制冷剂与蒸发器至压缩机的管路、压缩机至冷凝器的管路以及压缩机

内部的蒸气之和不足15g,在计算时可忽略不计.

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制冷剂在冷凝器与蒸发器中均是管内流动,稳定工作时可视为无相间滑移的定常流动,两相区

干度近似呈线性变化

x=(1-x b)l x/l+x b

由干度的定义，有

对于一个长度微元,则

d G=d V v/v v+d V1/v1 f i d l x=d V v+d V1

故

于是

如图1和图3,冷凝器和蒸发器的两相段管长分别为

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制冷器具均采用夹带回油,制冷剂与润滑油完全或部分互溶.制冷剂气体在油中的溶解度与压

力和温度有关,可表示为

y=c1p3+c2p2+c3p+c4t3+c5t2+c6t+c7

通常,溶解度随压力上升而增大,随温度上升而减小.当溶解度求出后,根据压缩机的注油量,可得出

溶解于油中的制冷剂量

G6=my/(1-y)