電子膨脹閥制冷劑流量系數(shù)的試驗(yàn)研究

1、電子膨脹閥制冷劑流量系數(shù)的試驗(yàn)研究    馬善偉 張川 陳江平 陳芝久 陳文勇 王健 王維    摘要：在自搭建的液環(huán)法節(jié)流機(jī)構(gòu)流量特性試驗(yàn)臺(tái)上,采用22制冷劑,試驗(yàn)研究節(jié)流閥開度(流通面積)、節(jié)流前后壓差、入口密度、入口過冷度、出口比容、干度以及閥頭半錐角和徑向間隙對(duì)電子膨脹閥制冷劑流量系數(shù)的影響,獲得了流量系數(shù)的量化關(guān)系并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明,誤差在±10.5%以內(nèi)。     關(guān)鍵詞：熱工學(xué) 流量系數(shù) 實(shí)驗(yàn)研究 電子膨脹閥 液環(huán)法   &

2、#160;     1前言    節(jié)流機(jī)構(gòu)是制冷系統(tǒng)中最重要的部件之一,節(jié)流機(jī)構(gòu)與系統(tǒng)其他主要部件的良好匹配是改善系統(tǒng)運(yùn)行并適應(yīng)系統(tǒng)負(fù)荷變化的基礎(chǔ)1。但有關(guān)電子膨脹閥流量特性的研究甚少,節(jié)流機(jī)構(gòu)流量系數(shù)的影響因素:工質(zhì)的物性、工質(zhì)的流動(dòng)情況、幾何參數(shù)等,眾家說法不一。迄今為止,關(guān)于電子膨脹閥流量特性的研究還鮮有報(bào)道,只能借鑒熱力膨脹閥的有關(guān)研究,采用水力學(xué)公式來描述電子膨脹閥的流量特性2。          

3、;                 （1）    式中:-制冷劑的流量,/;-流量系數(shù);-閥通流斷面積,2;-進(jìn)口制冷劑液體密度,/3;-閥口壓差,                     

4、  （2）    式中:-制冷劑液體進(jìn)口密度,/3;-制冷劑出口比容,3/。        試驗(yàn)研究是節(jié)流機(jī)構(gòu)流量特性研究最常用且最為有效的手段,目前主要有氮?dú)夥ê蜌猸h(huán)法。由于氮?dú)馀c制冷劑在通過節(jié)流機(jī)構(gòu)時(shí)存在相變與否的本質(zhì)差別,此法存在著較大偏差(約20%),氣環(huán)法則存在更換制冷劑時(shí)潤滑油清洗不便等問題,鑒于此特搭建了液環(huán)法節(jié)流機(jī)構(gòu)流量特性試驗(yàn)臺(tái),以進(jìn)行節(jié)流機(jī)構(gòu)不同制冷劑條件下流量特性的研究。    2試驗(yàn)臺(tái)簡介 &

5、#160;  2.1試驗(yàn)臺(tái)原理    試驗(yàn)采用工質(zhì)22,試驗(yàn)系統(tǒng)基于液環(huán)法搭建,磁力泵替代了制冷系統(tǒng)中的壓縮機(jī),圖1,2為自搭建的液環(huán)法試驗(yàn)臺(tái)的原理與裝置圖。            試驗(yàn)臺(tái)控制參數(shù)為節(jié)流閥前溫度、壓力和節(jié)流閥后的溫度、壓力。測(cè)試結(jié)果為制冷劑流量。電子膨脹閥從全關(guān)到全開的脈沖數(shù)為500,開度由控制。閥前溫度通過調(diào)節(jié)熱水泵變頻器頻率改變熱水循環(huán)流量得以實(shí)現(xiàn),閥前壓力可通過調(diào)節(jié)磁力泵運(yùn)行頻率獲得,而閥后的溫

6、度和壓力可以通過改變乙二醇泵變頻器轉(zhuǎn)速達(dá)到。乙二醇箱溫度可由冷水機(jī)組和加熱絲保證,而熱水溫度可由加熱絲加熱實(shí)現(xiàn),所有的控制參數(shù)均通過加以控制。    2.2實(shí)驗(yàn)臺(tái)參數(shù)設(shè)定        3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析    將測(cè)試閥的開度調(diào)節(jié)到100、150、200、250、300、350、400、450、500個(gè)脈沖,將工況穩(wěn)定在設(shè)定點(diǎn)180秒,記錄所測(cè)流量。按照公式(1)可計(jì)算出流量系數(shù)。    3.1電子

7、膨脹閥流量系數(shù)與流通面積及閥后參數(shù)的關(guān)系    將各電子膨脹閥不同開度下,不同方向(開關(guān)閥)的流量系數(shù)數(shù)據(jù),按照面積和閥后溫度的不同繪成關(guān)系曲線如圖3所示,可以看出流量系數(shù)與流通面積近似成線性關(guān)系,并且在其他參數(shù)不變的情況下,流量系數(shù)隨著閥后溫度的升高而增大,查22的物性表可以發(fā)現(xiàn),閥后溫度升高,制冷劑的比容和干度均減小,這表明流量系數(shù)與干度和比容近似成反比例關(guān)系。            3.2流量系數(shù)與閥體結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系 &

8、#160;  研究閥體結(jié)構(gòu)與流量系數(shù)之間的相互關(guān)系,對(duì)一個(gè)電子膨脹閥而言,通徑一旦確定,閥針錐角徑向間隙便成為描述閥體結(jié)構(gòu)特征的兩個(gè)最為重要的參數(shù),其中閥針錐角與半錐角的含義比較明確,而徑向間隙則有多種理解方式,為方便起見,定義徑向間隙()為閥座通徑與錐體直徑之差,即圖4中所示:-。        為了研究流量系數(shù)與錐角和徑向間隙之間的關(guān)系,必須將面積的影響因素和其他因素盡量排除,為此在不同的電子膨脹閥數(shù)據(jù)中選取面積非常接近、閥前閥后條件完全相同但徑向間隙相同的幾組典型數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,以確定流量系

9、數(shù)與閥針錐角之間其中可能存在的定量關(guān)系。    圖5是實(shí)際測(cè)試的四個(gè)錐角和通徑不同但流通面和閥前后條件均一致時(shí)流量系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,可以看出,流量系數(shù)與錐度和通徑之間的關(guān)系沒有明顯的規(guī)律可循。                圖6中1-6點(diǎn)為徑向間隙為0.02的流量系數(shù)數(shù)據(jù),而7-8點(diǎn)為徑向間隙為0.22的流量系數(shù)數(shù)據(jù),可以看出流量系數(shù)有隨徑向間隙增大而減小的趨勢(shì)。3.3流量系數(shù)與閥前制冷劑過冷度的關(guān)

10、系    圖7所示為某電子膨脹閥閥前壓力為16.487,閥前過冷度為5度和10度,閥后溫度為10度時(shí)的流量系數(shù)對(duì)比曲線,可以看出,流量系數(shù)隨閥前制冷劑過冷度增加而增大。這是一個(gè)普遍規(guī)律,僅繪出一個(gè)有代表性的曲線,在其他條件不變的情況下,流量系數(shù)與過冷度呈線性正比例關(guān)系。            3.4流量系數(shù)與閥前制冷劑密度的關(guān)系    圖8所示為流量系數(shù)與閥前制冷劑密度的關(guān)系曲線(過冷度均為5度)

11、,其中1,2對(duì)應(yīng)閥前壓力分別為16.487,15.712,閥后溫度為10度;3,4對(duì)應(yīng)閥前壓力分別為16.487,15.712,閥后溫度為5度?？梢钥闯?曲線1,3對(duì)應(yīng)的密度為1/0.8946 103/3,而2,4對(duì)應(yīng)的密度為1/0.8874 103/3,隨著密度的增大流量系數(shù)增大,二者成線性正比例關(guān)系。    3.5關(guān)聯(lián)式擬合及驗(yàn)證        關(guān)聯(lián)式:=0.0281+0.0004238+0.00123/+0.0046-0.272(1)   

12、 式中:-電子膨脹閥流量系數(shù);-流通面積,單位2;-閥前制冷劑密度;-閥后制冷劑比容;-徑向間隙,單位。                 由圖9可以看出,關(guān)聯(lián)式(1),對(duì)于四種電子膨脹閥所有工況得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合值與實(shí)測(cè)值之間的相對(duì)偏差在-11%11%之間。關(guān)聯(lián)式(1)可以很好地描述所得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。        4結(jié)論  &

13、#160; 利用新搭建的液環(huán)法節(jié)流機(jī)構(gòu)流量特性試驗(yàn)臺(tái),對(duì)電子膨脹閥的流量系數(shù)影響因素進(jìn)行了試驗(yàn)研究,通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析,得出以下結(jié)論:    (1)電子膨脹閥的流量系數(shù)與流通面積近似成線性關(guān)系,且為負(fù)相關(guān);    (2)電子膨脹閥的流量系數(shù)與閥前密度和過冷度成線性正比例關(guān)系;    (3)電子膨脹閥的流量系數(shù)與閥后比容近似成反比例關(guān)系;    (4)電子膨脹閥的流量系數(shù)與閥頭線型中半錐角和流通半徑?jīng)]有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系,但與徑向間隙

14、近似成線性關(guān)系,且為負(fù)相關(guān);    (5)試驗(yàn)結(jié)果表明關(guān)聯(lián)式    =0.0281+0.0004238+0.00123/+0.0046-0.272可以很好地定量描述流量系數(shù)的影響因素,且偏差較小。    需要指出的是,盡管研究針對(duì)小口徑電子膨脹閥進(jìn)行,但對(duì)于其他類型的節(jié)流閥(如熱力膨脹閥),只要其閥針是錐形結(jié)構(gòu),研究成果仍然適用,具有普適意義。對(duì)流量系數(shù)與閥頭結(jié)構(gòu)參數(shù)、閥前后物性參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行了較為全面的分析,但未考慮閥前存在氣泡的情況,由于實(shí)際制冷系統(tǒng)中在節(jié)流機(jī)構(gòu)前一般要保證一定的過冷度,對(duì)此暫不考慮,后續(xù)研究將有針對(duì)性進(jìn)行。另外關(guān)聯(lián)式針對(duì)22確立,其他制冷劑適用與否尚需進(jìn)一步驗(yàn)證。    參考文獻(xiàn)    1陳芝久.制冷裝置節(jié)能控制與電子膨脹閥應(yīng)用研究(一)現(xiàn)狀與分析