恒溫恒濕試驗箱中毛細管熱氣旁通的設計及粗算過程

作者： salmon范編輯：瑞凱儀器來源： m.lagrangecompost.com 發布日期： 2020.09.22

毛細管是一種便宜、有效、沒有磨損的節流機構，它在恒溫恒濕試驗箱的制冷裝置中經常被用作液體節流器,對蒸發器供液。毛細管作為液管節流器的計算一直都沒有可靠公式，大多根據經驗值通過實驗確定。將其用在熱氣旁通管中，利用制冷工質在細長管中的流動阻力，對壓縮機排氣管中的高溫高壓過熱工質進行降壓節流成為高溫低壓氣體，節流過程只涉及到單相流體，可以通過管道的阻力粗略計算得出毛細管管內徑和長度。
一、毛細管熱氣旁通的粗算過程

如圖3所示，毛細管多采用夾扁大管焊接，毛細管進出兩端實質上是一個突縮和突擴的局部阻礙。從流體力學的角度,毛細管的的節流能力就是對這個兩個局部阻礙和毛細管沿程阻力的計算。

毛細管連接模型

圖3 毛細管連接模型

    1、計算毛細管前后低壓、高壓熱氣旁通管的管內流速υ1、υ3
    首先根據設計的運行壓力，結合制冷劑的工質性質可以查出毛細管前后高壓、低壓熱氣旁通管道內的密度或比容，從而計算得出體積流量：
                            （1）

根據體積流量確認毛細管前后低壓、高壓熱氣旁通管的內管徑:
（2）

    管徑一般根據管內流速來確定，考慮的一個依據是管內噪音，管內流速在3000FPM（15.24m/s）以上會產生很大噪音。管內流速不應超過15m/s。毛細管后的低壓管一般取略大于毛細管前的高壓管。
    以流速計算得出的管徑D是小要求的銅管內徑。而商用銅管的尺寸已經標準化，為保證可靠性，環境試驗箱制冷系統管路銅管在選擇時均選用壁厚較厚的K形式銅管。
    得出內徑后，

    計算得到毛細管前后熱氣旁通管的氣體流速分別為 υ1、υ3 。
    2、初定毛細管的內徑
    不同毛細管的管內徑和管長在相同應用工況下存在類比關系，內徑和管長共同確定毛細管的節流能力。所以管長和內徑需先假定一個初始內徑值，再計算管長。當計算管長太長時（影響實際生產加工），再通過類比，或重選管內徑較大的毛細管重新計算。熱氣旁通管毛細管一般假定內徑值為高壓熱氣旁通管D1的1/2左右，即1/4的截面積。
    3、計算毛細管沿程阻力
    毛細管的長度直接影響的是制冷劑的沿程阻力，要計算毛細管的長度，就需要先得到毛細管的沿程阻力值。而這個沿程阻力值可以粗略的看做整個熱氣旁通回路的壓降除去毛細管進出口兩個局部阻力△P1-2 和△P2-3 。
    制冷劑過熱氣體在毛細管中流動時，比容不斷發生改變，流速越來越快，加上管路的保溫作用，在毛細管長度粗算時，將其單純的看成一元氣體在絕熱管中流動能簡化計算過程，也較貼近實際。
    根據氣體一元氣體連續性方程 ρvA=C,C為常量。
    毛細管進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，由此可以計算得到制冷劑在流入、流出毛細管瞬間的流動狀態參數v2i ,ρ2i;v2o,v2o。

毛細管前后突然縮小和突然擴大的兩個局部阻力可分別采用計算公式：

QQ截圖20200922082345

     4、計算毛細管的長度
    毛細管節流過程為絕熱膨脹過程，根據一元氣體絕熱流動的基本公式（近似解）：
                                (5)

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