电子膨胀阀制冷剂流量系数的试验研究

摘要：在自搭建的液环法节流机构流量特性试验台上,采用Ｒ22制冷剂,试验研究节流阀开度(流通面积)、节流前后压差、入口密度、入口过冷度、出口比容、干度以及阀头半锥角和径向间隙对电子膨胀阀制冷剂流量系数的影响,获得了流量系数的量化关系并进行了试验验证。结果表明,误差在±10.5%以内。

关键词：热工学 流量系数 实验研究 电子膨胀阀 液环法

　　1　前言
　　节流机构是制冷系统中最重要的部件之一,节流机构与系统其他主要部件的良好匹配是改善系统运行并适应系统负荷变化的基础[1]。但有关电子膨胀阀流量特性的研究甚少,节流机构流量系数的影响因素:工质的物性、工质的流动情况、几何参数等,众家说法不一。迄今为止,关于电子膨胀阀流量特性的研究还鲜有报道,只能借鉴热力膨胀阀的有关研究,采用水力学公式来描述电子膨胀阀的流量特性[2]。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1）
　　式中:ｍ-制冷剂的流量,ｋｇ/ｓ;ＣＤ-流量系数;Ａ-阀通流断面积,ｍ2;ρ-进口制冷剂液体密度,ｋｇ/ｍ3;Δｐ-阀口压差,ｐａ

　　莉井浩[3]进行系统研究之后,得出锥阀的流量系数不仅与Ｒｅ数有关,而且与半锥角θ、凡尔线宽Ｌ以及流动方向均有关。阿武和秋山认为滑阀的流量系数与Ｒｅ数、阀口开度,径向间隙等都有关系。美国Ｄｅｔｒｉｏｔ公司的Ｄ.Ｄ.Ｗｉｌｅ[4]研究了热力膨胀阀的流量特性后认为流量系数与制冷剂进口密度和出口比容有如下关系:
　　          　　　　　　　　　　　　（2）
　　式中:ρ-制冷剂液体进口密度,ｋｇ/ｍ3;ν-制冷剂出口比容,ｍ3/ｋｇ。
　　而Ａ.Ｄａｖｉｅｓ和Ｔ.Ｃ.Ｄａｎｉｅｌｓ[5]则认为流量系数仅仅与工质的出口干度有关,并指出饱和的Ｒ12制冷剂液体通过薄刃锐孔节流时,实际流量与节流后的干度成线性反比关系。

　　试验研究是节流机构流量特性研究最常用且最为有效的手段,目前主要有氮气法和气环法。由于氮气与制冷剂在通过节流机构时存在相变与否的本质差别,此法存在着较大偏差(约20%),气环法则存在更换制冷剂时润滑油清洗不便等问题,鉴于此特搭建了液环法节流机构流量特性试验台,以进行节流机构不同制冷剂条件下流量特性的研究。

　　2　试验台简介
　　2.1　试验台原理
　　试验采用工质Ｒ22,试验系统基于液环法搭建,磁力泵替代了制冷系统中的压缩机,图1,2为自搭建的液环法试验台的原理与装置图。
　　

　　试验台控制参数为节流阀前温度、压力和节流阀后的温度、压力。测试结果为制冷剂流量。电子膨胀阀从全关到全开的脉冲数为500,开度由ＰＬＣ控制。阀前温度通过调节热水泵变频器频率改变热水循环流量得以实现,阀前压力可通过调节磁力泵运行频率获得,而阀后的温度和压力可以通过改变乙二醇泵变频器转速达到。乙二醇箱温度可由冷水机组和加热丝保证,而热水温度可由加热丝加热实现,所有的控制参数均通过ＰＬＣ加以控制。