毛细管设计计算与分析

精心整理
毛细管的设计计算与分析
毛细管一般指内径为0.4~2.0mm 的细长铜管。

作为制冷系统的节流机构，毛细管是最简单的一种，因其价廉、选用灵活，故广泛用于小型制冷装置中，最近在较大制冷量的机组中也有采用，如我公司10匹柜机采用了，甚至在更大的单冷系统也有用到，某公司40KW 的水冷柜机机组中也有采用。

目前公司使用的毛细管的规格有：1.24mm 、1.37mm 、1.63mm 。

定制的毛细管规格有：
1.8mm 、
2.1mm 、2.4，还有6mm 、8mm 的铜管也可做较大系统节流用等。

1 23从毛也会出2、毛细管长度对系统的影响
1） 吸、排气压力
灌注量一定时，随毛细管长度的增加，吸气压力降低，排气压力升高。

增加毛细管的长度，则通过毛细管的质量流量下降，向蒸发器供液减少，开始时压缩机质量流量不变，导致蒸发器内工质减少，蒸发压力下降，冷凝器内工质增多，冷凝压力上升。

随着吸气比容开始上升，压缩机质量流量下降，高低压压差增大，使压缩机的输气系数下降，加大压缩机质量流量的下降趋势，同时随压差增大，毛细管节流量又有所回升，最后当毛细管和压缩机两者的质量流量相等使，整个系统稳定
运行。

这时，蒸发压力和吸气压力下降，冷凝压力和排气压力上升，系统质量流量减少。

2）功率和电流
空调器的功率主要由压缩机和风机电机两部分组成，其中风机电机的功率很
小且基本不变，主要是压缩机随运行情况变化。

压缩机的指示功率为：
可以看出，指示功率与质量流量、高低压比成正比。

压缩机功率主要受质量流量的影响，随灌注量的增加，压缩机质量流量增大功率上升。

灌注量一定，随毛细管减短，质量流量增加，冷凝压力下降，蒸发压力上升，压比减小。

根据上式，随质量流量的增加，功率有增大趋势，而随压比减少，功率又有减少的趋势，这两者相互制约。

通过实验可以得到，实验范围内流量的影响起决定作用，即毛细管的减短，流量增大，功率上升。

3）
系统加，
长，
3
1）
受t k
要发生变化。

图3
2）毛细管几何尺寸
毛细管几何尺寸包括内径D、长度L和管内壁粗糙度e。

毛细管内径D越大，长度L越短，粗糙度越小，制冷剂在管内的流动阻力力就小，供液量就大。

反之，供液量就小。

3）热交换的影响
为了使毛细管中的制冷剂过冷，提高制冷系统的热效率，毛细管一般焊入回气管内或附着于回气管表面。

通常，毛细管内制冷剂与回气管表面存在着温度差△t。

△t使制冷剂温度降低，过冷度增加，管中制冷剂流速受影响，从而影响供液量。

在相同流量下，△t与毛细管长度的关系如图4，
与绝热情况相比，出口温度和干度都降低，如图5。

图4毛细管长度与△t的关系图5热交换对毛细管流动的影响
4）毛细管出口压力Pe。

制冷剂在毛细管出口处形成喷射。

气体动力学指出，出口处截面的压力P将随着蒸发器内压力Pe的降低而降低，随着P的降低，喷射速度将增加，当增加到当地的音速时，P不再降低，始终等于临界压力P临。

因此，随着毛细管增长，压力和流量都要减小，当增长到一定的长度时，压力和流量不再随毛细管增长而变化。

这就是所谓的扼流现象。

5)制冷剂含油量
制冷剂含油影响毛细管流量的原因有两个方面：(1)油的粘度远远高于制冷剂的粘度，制冷剂
毛细管
9．3％
6）
而R134a
4、毛细管制冷系统的设计要点
①在制冷系统的高压侧，不要设置储液器，在保证冷凝器能够容纳全部制冷剂的前提下，尽量减少其有效容积。

因为在采用毛细管作为节流元件的制冷系统中，若设置储液器或冷凝器容积过大，则当压缩机停机后，制冷剂液体会继续流向蒸发器，严重时蒸发器内液体被压缩机再次启动时吸入，易产生液击，损伤压缩机：
②制冷系统中罐注的制冷剂应适量且准确，与蒸发器容量相匹配。

因为制冷剂的罐注量过多或过少，都会影响其制冷系统的制冷量。

一般制冷系统的制冷剂的罐注量通过设计计算后由试验来确定。

③选用毛细管时，其内径与长度应有一定的比例。

若毛细管过短，则其流动阻力小，流量大，毛细管内易混入热蒸汽，从而降低制冷效率，也易造成液体倒回到压缩机而产生液击现象；若毛细管过长，则其流动阻力大，造成排气压力过高，而进入蒸发器内的液体量不足，造成吸气压力过低。

有资料介绍，在同样工况同样流量的条件下，毛细管的长度近似与其内径的4.6次方成正比，即L1/L2=（D1/D2）4.6。

④适当地增加蒸发器的有效容积。

在使用毛细管作为节流元件的制冷系统中，适当地增加蒸发器的有效容积，不仅可以防止液体因回到压缩机而产生液击现象，而且还可以降低压缩机停机时的平衡压力，减少其启动负荷。

⑤制冷系统应保持清洁和干燥，避免水份或杂质的进入。

往往因
用生。

重要。

5
1)
式中P
Re
L——毛细管长度，单位m
w——制冷剂流量，单位m/s
ρ——制冷剂密度，单位kg/m3
d——毛细管内径，单位m
2)类比法
由于毛细管的理论计算比较复杂，因此选配毛细管的方法，一般是用计算法（或图解法）初步计算毛细管的直径和长度，然后再用实验的方法以验证精确的直径与长度。

而实用上还可以采用一种所谓类比法。

这是一种经验方法，即参考比较成熟的同类产品进行类比而选择所需要的毛细管。

可先从已经生产的老产品中挑选一种与所设计的新产品具有相同或相近的工况，然后按比例推算新
产品所需毛细管的尺寸，然后加以实验验证。

我公司小系统，尤其是家用空调应该经常用该方法。

3)计算机辅助设计
通过相关文献的查阅，可以看出，现国内外毛细管的计算机方法的数学模型都很类似，主要区别在于一些公式的选取，现择选其中一篇含金量较高文章如下，希望能参考其中的公式，编写出毛细管计算的实用程序。

最后在实验的基础上对其进行修正。

（节选《冰箱系统毛细管计算模型》，作者：赵晓宇、韩礼钟、朱明善。

《工程热物理学报》，1995.5，该课题为国家计委“八五”重点攻关项目，曾于1994年l0月在浙江宁波召开的中国工程热物理学会工程热力学与能源利用学术会议上宣读）。