空调用不同类型压降式分配器分流均匀性的实验对比

解开动力 2023年1月10日浏览：1535

文章信息

题目

作者

刘璐1 詹飞龙1 丁国良1 孟建军2 石丽华2 王庆杰2

单位

1上海交通大学机械与动力工程学院

2青岛海信日立空调系统有限公司

摘要

为筛选出分流性能较好的空调用压降式分配器类型,需要掌握现有不同类型压降式分配器的分流特性。本文设计并搭建了分配器的分流均匀性检测实验台,并对现有的反射式分配器、射流环分配器、文丘里式分配器和带过滤网分配器4种压降式分配器的分流不均匀度进行了测试。测试工况涵盖空调系统正常运行的制冷剂体积流量范围为32~125L/h、干度范围为0.15~0.22,且分配器安装角度与竖直方向的偏斜角度在0°~90°之间变化。结果表明:大的制冷剂体积流量入口或分配器垂直安装条件下更有利于分配器分流均匀性的提升;在这4种分配器中,带过滤网分配器在所有实验工况下的分流不均匀度均小于0.05, 表现出良好的分流均匀性,适合不同的安装角度和流量工况。

关键词 　空调器;分配器;分流均匀性;两相流

图文导读

空调器通常采用多流路蒸发器来提高运行能效,为使节流后的气液两相制冷剂能够等量、均匀地分配至蒸发器各流路中,需在蒸发器前引入分配器。分配器的分流性能直接影响进入蒸发器中每个流程的制冷剂流量,进而影响空调器能效。若分配器在实际使用过程中各出口管两相制冷剂质量流量分流不均匀,蒸发器的部分流路中的制冷剂流量偏小,导致制冷剂过早蒸干并出现严重过热;而另一些流路中的制冷剂流量偏大,导致制冷剂蒸发不充分,不能保证出口的过热度及制冷剂压降,空调器性能下降。为保证空调器的运行能效,必须提高分配器的分流均匀性。

本文的目的是实验对比反射式分配器、射流环分配器、文丘里式分配器和带过滤网分配器这4种类压降式分配器的分流均匀性,筛选出在覆盖空调器常见运行工况和分配器安装角度条件下均具有较好流动均匀性的一种分配器类型。

分配器实验样件的制作

空调器中常见的压降式分配器类型包括反射分配器、射流环分配器、文丘里式分配器和带过滤网分配器4种,如表1所示。为观察分配器内部的流型变化特点,采用透明聚酯纤维材料对绘制的测试样件进行3D打印,透明测试样件如表1所示。

空调用不同类型压降式分配器分流均匀性的实验对比的图1

分流均匀性的测试方法

本文设计的分配器分流均匀性检测原理:通过实时监控分配器出口各分路制冷剂的体积流量来计算分流不均匀度。测量各出口的制冷剂体积流量的方式为:从分配器中流出的两相制冷剂首先经制冷模块冷却后得到纯液相制冷剂,然后纯液相制冷剂通过各流路连接的体积流量计测得各出口的体积流量,再计算得到各出口体积流量相对于平均出口流量的偏差, 最终计算分流不均匀度。图1所示为分流均匀性测试装置原理。

空调用不同类型压降式分配器分流均匀性的实验对比的图2

本文选取3种典型的制冷剂质量流量及其对应的干度工况,且每个工况下的安装角度选择6个,分别与竖直方向偏0°、15°、30°、45°、60°和 90°, 安装角度示意图如图2所示。

本文选取R141b作为实验工质,原因是其工作压力比R410A合适。25 ℃工况下,R141b的饱和压力为0.08MPa,R410A为1.6MPa,高达R141b 的20倍。整个实验温度范围内,R141b的压力均较为接近一个大气压, 适应透明分配器的低耐压特性; 而R410A则超过透明分配器的耐压强度。

实验数据处理

制冷剂干度:

本实验参数包括直接测量参数和间接计算参数, 直接测量参数的误差可通过实验仪器精度得到;间接计算参数为分流不均匀度,可通过 R. J. Moffat方法计算得到,如表3所示。

实验结果

分配器的分流性能与其内部的流动特性有关,以流量32L/h、安装角度 0°的工况为例,分析反射式分配器、射流环分配器、文丘里分配器和带过滤网分配器的流动特点, 如表4所示。

为定量分析制冷剂流量对各种分配器分流性能的影响规律,实验测试了反射式分配器、射流环分配器、文丘里分配器和带过滤网分配器在制冷剂体积流量分别为 32、64、125L/h时的分流不均匀度,且每个流量下的分配器安装角度包括0°、15°、30°、45°、60°和90°, 如图3所示。

空调用不同类型压降式分配器分流均匀性的实验对比的图8

分配器在水平安装时,4 种分配器的分流不均匀度均随制冷剂体积流量的增加而减小。相较于反射式分配器、射流环分配器和文丘里分配器,带过滤网分配器分配性能受制冷剂流量的影响最小。在不同制冷剂流量下,均为带过滤网分配器的分配性能最好。

为定量分析安装角度对分流均匀性的影响规律, 实验测试了反射式分配器、射流环分配器、文丘里分配器以及带过滤网分配器在安装角度分别为 0°、 15°、30°、45°、60°和 90°时的分流不均匀度,实验结果如图4所示。

结论

本文设计并搭建分配器的分流均匀性测试实验台,并对现有反射式分配器、射流环分配器、文丘里式分配器和带过滤网分配器4种压降式分配器的分流特性进行测试,综合对比了这些分配器的分流性能。得到结论如下:

1)制冷剂流量和分配器安装角度是影响分流均匀性的主要因素,选择合适分配器的关键是在空调器常见制冷剂流量范围和分配器安装角度范围内分配器的分流不均匀度需要足够小;在本文的制冷剂流量范围32~125L/h和分配器安装角度范围0°~90°的实验工况下,建议分配器的分流不均匀度小于 0.08时可认为分配器的分流均匀性较好。

2)小的制冷剂流量或大的分配器安装角度会增大分流不均匀度。当制冷剂体积流量为32L/h或64L/h、安装角度为0°~90°时,带过滤网分配器的分流不均匀度最小,其次为文丘里式分配器、射流环分配器和反射式分配器;当制冷剂体积流量为125L/h 时,文丘里式分配器的分流不均匀度最小,带过滤网分配器略大于文丘里式分配器,其次为射流环分配器和反射式分配器。

3)带过滤网分配器在这4种压降式分配器中分流均匀性最好,分流不均匀度与反射式分配器、射流环分配器和文丘里式分配器相比, 分别低 16.1%~61.9%、-1.0%~61.0%和-1.7%~37.4%。因此带过滤网分配器适合应用在有较大制冷剂流量范围或分配器安装角度范围要求的空调器中。

文章来源：制冷学报