空調用不同類型壓降式分配器分流均勻性的實驗對比

解開動力

2023年1月10日 15:13

文章信息

題目

空調用不同類型壓降式分配器分流均勻性的實驗對比

作者

劉璐1 詹飛龍1 丁國良1 孟建軍2 石麗華2 王慶杰2

單位

1上海交通大學機械與動力工程學院

2青島海信日立空調系統有限公司

摘要

為篩選出分流性能較好的空調用壓降式分配器類型,需要掌握現有不同類型壓降式分配器的分流特性。本文設計并搭建了分配器的分流均勻性檢測實驗臺,并對現有的反射式分配器、射流環分配器、文丘里式分配器和帶過濾網分配器4種壓降式分配器的分流不均勻度進行了測試。測試工況涵蓋空調系統正常運行的制冷劑體積流量范圍為32~125L/h、干度范圍為0.15~0.22,且分配器安裝角度與豎直方向的偏斜角度在0°~90°之間變化。結果表明:大的制冷劑體積流量入口或分配器垂直安裝條件下更有利于分配器分流均勻性的提升;在這4種分配器中,帶過濾網分配器在所有實驗工況下的分流不均勻度均小于0.05, 表現出良好的分流均勻性,適合不同的安裝角度和流量工況。

關鍵詞 　空調器;分配器;分流均勻性;兩相流

圖文導讀

空調器通常采用多流路蒸發器來提高運行能效,為使節流后的氣液兩相制冷劑能夠等量、均勻地分配至蒸發器各流路中,需在蒸發器前引入分配器。分配器的分流性能直接影響進入蒸發器中每個流程的制冷劑流量,進而影響空調器能效。若分配器在實際使用過程中各出口管兩相制冷劑質量流量分流不均勻,蒸發器的部分流路中的制冷劑流量偏小,導致制冷劑過早蒸干并出現嚴重過熱;而另一些流路中的制冷劑流量偏大,導致制冷劑蒸發不充分,不能保證出口的過熱度及制冷劑壓降,空調器性能下降。為保證空調器的運行能效,必須提高分配器的分流均勻性。

本文的目的是實驗對比反射式分配器、射流環分配器、文丘里式分配器和帶過濾網分配器這4種類壓降式分配器的分流均勻性,篩選出在覆蓋空調器常見運行工況和分配器安裝角度條件下均具有較好流動均勻性的一種分配器類型。

分配器實驗樣件的制作

空調器中常見的壓降式分配器類型包括反射分配器、射流環分配器、文丘里式分配器和帶過濾網分配器4種,如表1所示。為觀察分配器內部的流型變化特點,采用透明聚酯纖維材料對繪制的測試樣件進行3D打印,透明測試樣件如表1所示。

空調用不同類型壓降式分配器分流均勻性的實驗對比的圖1

分流均勻性的測試方法

本文設計的分配器分流均勻性檢測原理:通過實時監控分配器出口各分路制冷劑的體積流量來計算分流不均勻度。測量各出口的制冷劑體積流量的方式為:從分配器中流出的兩相制冷劑首先經制冷模塊冷卻后得到純液相制冷劑,然后純液相制冷劑通過各流路連接的體積流量計測得各出口的體積流量,再計算得到各出口體積流量相對于平均出口流量的偏差, 最終計算分流不均勻度。圖1所示為分流均勻性測試裝置原理。

空調用不同類型壓降式分配器分流均勻性的實驗對比的圖2

本文選取3種典型的制冷劑質量流量及其對應的干度工況,且每個工況下的安裝角度選擇6個,分別與豎直方向偏0°、15°、30°、45°、60°和 90°, 安裝角度示意圖如圖2所示。

本文選取R141b作為實驗工質,原因是其工作壓力比R410A合適。25 ℃工況下,R141b的飽和壓力為0.08MPa,R410A為1.6MPa,高達R141b 的20倍。整個實驗溫度范圍內,R141b的壓力均較為接近一個大氣壓, 適應透明分配器的低耐壓特性; 而R410A則超過透明分配器的耐壓強度。

實驗數據處理

制冷劑干度:

本實驗參數包括直接測量參數和間接計算參數, 直接測量參數的誤差可通過實驗儀器精度得到;間接計算參數為分流不均勻度,可通過 R. J. Moffat方法計算得到,如表3所示。

實驗結果

分配器的分流性能與其內部的流動特性有關,以流量32L/h、安裝角度 0°的工況為例,分析反射式分配器、射流環分配器、文丘里分配器和帶過濾網分配器的流動特點, 如表4所示。

為定量分析制冷劑流量對各種分配器分流性能的影響規律,實驗測試了反射式分配器、射流環分配器、文丘里分配器和帶過濾網分配器在制冷劑體積流量分別為 32、64、125L/h時的分流不均勻度,且每個流量下的分配器安裝角度包括0°、15°、30°、45°、60°和90°, 如圖3所示。

空調用不同類型壓降式分配器分流均勻性的實驗對比的圖8

分配器在水平安裝時,4 種分配器的分流不均勻度均隨制冷劑體積流量的增加而減小。相較于反射式分配器、射流環分配器和文丘里分配器,帶過濾網分配器分配性能受制冷劑流量的影響最小。在不同制冷劑流量下,均為帶過濾網分配器的分配性能最好。

為定量分析安裝角度對分流均勻性的影響規律, 實驗測試了反射式分配器、射流環分配器、文丘里分配器以及帶過濾網分配器在安裝角度分別為 0°、 15°、30°、45°、60°和 90°時的分流不均勻度,實驗結果如圖4所示。

結論

本文設計并搭建分配器的分流均勻性測試實驗臺,并對現有反射式分配器、射流環分配器、文丘里式分配器和帶過濾網分配器4種壓降式分配器的分流特性進行測試,綜合對比了這些分配器的分流性能。得到結論如下:

1)制冷劑流量和分配器安裝角度是影響分流均勻性的主要因素,選擇合適分配器的關鍵是在空調器常見制冷劑流量范圍和分配器安裝角度范圍內分配器的分流不均勻度需要足夠小;在本文的制冷劑流量范圍32~125L/h和分配器安裝角度范圍0°~90°的實驗工況下,建議分配器的分流不均勻度小于 0.08時可認為分配器的分流均勻性較好。

2)小的制冷劑流量或大的分配器安裝角度會增大分流不均勻度。當制冷劑體積流量為32L/h或64L/h、安裝角度為0°~90°時,帶過濾網分配器的分流不均勻度最小,其次為文丘里式分配器、射流環分配器和反射式分配器;當制冷劑體積流量為125L/h 時,文丘里式分配器的分流不均勻度最小,帶過濾網分配器略大于文丘里式分配器,其次為射流環分配器和反射式分配器。

3)帶過濾網分配器在這4種壓降式分配器中分流均勻性最好,分流不均勻度與反射式分配器、射流環分配器和文丘里式分配器相比, 分別低 16.1%~61.9%、-1.0%~61.0%和-1.7%~37.4%。因此帶過濾網分配器適合應用在有較大制冷劑流量范圍或分配器安裝角度范圍要求的空調器中。

文章來源：制冷學報

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