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1、毛细管稳态运行仿真研究 任松保朱松勤梁祥飞庄嵘张桃 ( 珠海格力电器股份有限公司制冷技术研究院，珠海5 1 9 0 7 0 ) 搐要本文在有关绝热毛细管稳态运行时的传热和压降关联式的基础上，分别针对毛细管的过冷段、两 相段和过热段的建立了相关的计算机仿真模型。并在此基础上，实现了已知毛细管的流量、内径和制冷剂 的进口状态和背压时求毛细管的长度，以及已知毛细管的长度、内径和制冷剂的进口状态和背压时求毛细 管的流量这两种仿真方法。进而进行了相关的计算机仿真程序实现。最后通过一系列毛细管性能实验对以 上模型进行了修正。最终的验证实验表明：该仿真程序能够在较高精度上预测毛细管的实际运行情况，是 实用的
2、。 关键词绝热毛细管仿真仿真模型仿真程序 T h eS i m u l a t i o nR e s e a r c ho fC a p i l l a r yT u b eU n d e rS t a b l eO p e r a t i o n R e nS o n g b a oZ h uS o n g q i n L i a n gX i a n g f e iz h u a n gR o n gZ h a n g T a o ( R e f r i g e r a t i o nA c a d e m yo f Z h u h a iG r e eE l e c t r i cA p
3、 p l i a n c eC o ，L t d ，Z h u h a i51 9 0 7 0 ) A b s t r a c tT h ep a p e re s t a b l i s h e dt h ec o m p u t e rs i m u l a t i o nm o d e l so fc a p i l l a r yt u b e Ss u p e r c o o l e dr e g i o n ，t w o p h a s er e g i o n a n ds u p e r h e a t e dr e g i o n s e p a r a t e l y ,
4、o nt h eb a s e o fr e l e v a n te q u a t i o n so fh e a t t r a n s f e ra n d p r e s s u r e - d e c r e a s i n go fa d i a b a t i cc a p i l l a r yt u b eu n d e rs t a b l eo p e r a t i o n M o r e o v e r , t h r o u g hd e v e l o p i n gt h e c o m p u t e rs i m u l a t i o ns o f t
5、w a r et h ep a p e rr e a l i z e dt h ef o l l o w i n gt w os i m u l a t i o nm e t h o d s ：O n ew a st h a tt h ef l u xa n d i n s i d ed i a m e t e ro f c a p i l l a r yt u b e ，a n di n l e tp a r a m e t e r sa n do u t l e tp r e s s u r eo f r e f r i g e r a n tw e r eg i v e nt oc a
6、l c u l a t et h e l e n g t ho fc a p i l l a r yt u b e T h eo t h e rw a st h a tt h el e n g t h ，i n s i d ed i a m e t e ro fc a p i l l a r yt u b e ，a n di n l e tp a r a m e t e r sa n d o u t l e tp r e s s u r eo fr e f r i g e r a n tw e r eg i v e nt oc a l c u l a t et h ef l u xo fc a
7、 p i l l a r yt u b e F i n a l l y , a l lt h em o d e l sw e r e c o r r e c t e dt h r o u g hs e r i e so fe x p e r i m e n t so fc a p i l l a r yt u b ep e r f o r m a n c e A n da b u n d a n tv a l i d a t i n ge x p e r i m e n t s i n d i c a t et h a tt h es i m u l a t i o ns o f t w a
8、r ei sr e l i a b l ew h i c hc a np r e d i c tt h er e a lo p e r a t i o ns i t u m i o nw i t hh i 【g hp r e c i s i o n K e y w o r d s A d i a b a t i cc a p i l l a r yt u b eS i m u l a t i o nS i m u l a t i o nm o d e lS i m u l a t i o ns o f t w a r e 0 引言 0 1 模型的使用范围和基本方法 本模型适用于家用空调用以R
9、2 2 为工质的毛细 管稳态运行时的性能计算。制冷剂过冷段按集总参 数法计算，两相和过热段按等压降微元分布参数法 计算。 0 。2 模型的假设条件 1 ) 毛细管的内径一致，内壁粗糙度均匀； 2 1 毛细管为绝热毛细管，即认为毛细管的外侧 作者简介：任松保，( 1 9 7 9 - ) ，男，工学硕士 1 8 3 换热量很小，可以忽略不计； 3 ) 不考虑毛细管沿制冷剂流动方向的导热； 4 ) 毛细管内制冷剂为一维流动，即认为制冷剂 沿管径向温度和速度相同，两相区制冷剂液体和气 体均匀混合； 5 ) 毛细管内液相制冷剂不可压缩； 6 ) 不考虑毛细管的亚稳态区，其影响可在实验 修正时考虑在内。
10、0 3 毛细管流动分析 对于制冷剂在绝热毛细管中的流动，当入口过 冷时，且出口可以达到过热时，则流动状态依次可 厂= 悃屹+ 剖1 2 肚f24571I【-酉爿1 - ， B = 嘲M ( 1 2 ) K e ， 刁：掣鼍 ( 1 3 ) x 7 7 ，+ ( 1 一帆 、7 厶。：罩鉴( 2 ) t c 。G - f j 兰, 。 ( 2 ) 降，G 为制冷剂的质量流量，i s 。为制冷剂流动时的 摩阻系数，v 。，对制冷剂的比容。 1 3 两相区流动计算关联式 对于两相区给定已知制冷剂入口状态和微元 压降的等压降微元，其出口干度为： = F = = =( 3 ) b + 4 b 2 4 a
11、 e 其中： 仁砑 3 1 6 = G 2 岵一) + k 一 ( 3 2 ) c ：掣+ 乃加一瑰 ( 3 3 ) 以上式中，下标厂为饱和液态，g 为饱和气态， f 为为微元段进口，0 为为微元段出口。 微元段长度为： 岛2 最k G 2 眈一u ) 】 ( 4 ) 上式中，下标聊为微元段平均值。 1 4 可能存在的过热区流动时计算关联式 对于过热区的等压降微元段，其长度和出口比 焓是相互耦合的，必须迭代计算，由动量方程知微 元段的长度为： 地。= 业剁 ( 5 ) 其中，微元段的出口比焓隐含在平均比容中。 1 5 壅塞状态的计算 在毛细管达到壅塞时，存在最大的质量流量， 当已知的质量流量为
12、该最大质量流量时，在计算两 相区和过热区的微元段长度时将会出现微元段的 长度为负值，这标明该处的制冷剂流速达到当地音 速。此时毛细管的出1 2 1 即为该微元段处，毛细管的 长度也已经计算出，而当毛细管未壅塞时，出1 3 压 力计算到为背压时的长度即为毛细管长度，计算结 束。 1 6 亚稳态区流动影响的处理 对于亚稳态过程，目前尚无很好的实验关联 式，目前采取的措施是在利用实验数据修正时，将 其影响附加到其他流动区域中。 2 仿真模型的计算模块以及流程 2 1 已知毛细管的流量等求其长度和出口状态 2 1 1 求过冷区的长度及出口状态( 模块A 1 ) 该模块的算法比较简单，如下： 1 计算制
13、冷剂入口温度对应的饱和液态压力； 2 将饱和液态压力与背压比较，如果大于背 压，则出口压力为该饱和液态压力，出口时仍为过 冷液态；否则为背压，出口时达到两相态： 3 计算过冷段的长度和其他出口状态。 流程见附录I 中图l 。 2 。1 。2 求两相区的长度及出口状态( 模块A 2 ) 该模块的算法如下： 1 设置壅塞标志为不壅塞，输入等压降微元段 的压降等参数。开始计算第一个微元段； 2 设定该微元段的出口比焓和压力分别为该 微元段的进口比焓和压力； 3 如果该微元段的出口压力小于背压，转向6 ； 否则，继续； 4 计算该微元段的出口干度，若出口干度大于 l ，则设置壅塞标志为不壅塞，转向6
14、；否则，计算 该微元段的出口比焓，继续； 5 计算该微元段的长度。若该长度小于0 ，则 设置壅塞标志为壅塞，转向6 ；否则，将该微元段 的出口比焓和压力作为下一微元段的入口比焓和 压力，转向l ； 6 求两相区的总长度和制冷剂出口状态。 该算法的流程见附录I 中的图2 。 2 1 3 求两相区的长度及出口状态( 模块A 2 ) 该模块的算法如下： 1 设置壅塞标志为不壅塞，输入等压降微元段 的压降等参数。开始计算第一个微元段； 2 设定该微元段的出口比焓和压力分别为该 微元段的进口比焓和压力： 3 。如果该微元段的出口压力小于背压，转向6 ； 否则，继续； 4 迭代计算该微元段的出口比焓； 5
15、 计算该微元段的长度。若该长度小于0 ，则 设置壅塞标志为壅塞，转向6 ；否则，将该微元段 的出口比焓和压力作为下一微元段的入口比焓和 压力，转向1 ； 6 求过热区的总长度和制冷剂出口状态。 该算法的流程见附录I 中的图3 。 2 1 4 总调用模块( 模块B ) 该模块调用了以上三个模块，用于计算已知毛 细管的流量、内径以及制冷剂的进口参数和背压时 求毛细管的长度和出口状态。该模块的算法如下： 1 判断毛细管的制冷剂入口是否为过冷。是， 1 8 5 则转向2 ；否则转判断入口是否为两相态，是则转 向3 ，否则转向； 2 调用模块A 1 ，计算过冷区的出口状态；若出 口压力大于背压，则继续：
16、否则转向6 ： 3 调用模块A 2 ，计算两相区的出口状态； 4 。若壅塞标志为不壅塞，或出口压力小于背 压，则转向6 ；否则继续； 5 调用模块A 3 ，计算过热区的出口状态； 6 。计算毛细管的总长度和制冷剂出口状态。 该模块的流程见附录I 中的图4 。 2 2 已知毛细管的长度等求其流量和出口状态 ( 模块C ) 该模块调用了模块B ，该模块的算法如下： 1 设定毛细管的最大可能流量为壅塞流量，最 小流量为O ； 2 设定流量为最大流量和最小流量之间的值； 3 调用模块B 求该流量下毛细管的长度； 4 若该长度大于实际长度，则将该流量设为最 大可能流量，转向1 ；若小于，则将该流量设为最 小可能流量，转向1 ，则该流量即为要求的流量： 否则，继续； 5 计算出毛细管的出口参数。 该模块的流程见附录I 中的图5 。 3 仿真模型的实验修正和验证 将以上模块进行计算机编程实现后，由于各公 司的工艺的差别，必须将该模型进行实验修
