毛细管长度、结构、直径应该如何设计?
聪明反被聪明误
2023年11月23日 09:55:59
来自于制冷技术
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制冷空调系统是现代生活中不可或缺的一部分,它为我们提供了舒适的室内环境。毛细管作为制冷空调系统中的关键部件之一,其设计直接影响到整个系统的性能和效率。本文将深入探讨毛细管长度、结构和直径对制冷系统的影响,并给出相应的设计建议。


制冷空调系统是现代生活中不可或缺的一部分,它为我们提供了舒适的室内环境。毛细管作为制冷空调系统中的关键部件之一,其设计直接影响到整个系统的性能和效率。本文将深入探讨毛细管长度、结构和直径对制冷系统的影响,并给出相应的设计建议。
     

(示意图,不对应文中任何具体产品)


毛细管长度对制冷系统的影响及设计

   

1.影响一: 压力损失与制冷剂流量

毛细管长度的变化会直接影响制冷系统的压力损失和制冷剂的流量。较短的毛细管可以减小压力损失,提高制冷剂流速,从而提高系统的效率。然而,过短的毛细管可能会导致制冷剂流速过快,制冷剂无法充分蒸发,从而影响制冷效果。因此,在设计毛细管长度时,需要综合考虑压力损失、制冷剂流速和制冷效果等因素。

2. 影响二:制冷效果与系统效率  

较长的毛细管会增加压力损失,降低制冷剂流速,这可能导致制冷剂无法充分蒸发,从而影响制冷效果。然而,较长的毛细管也可以使制冷剂充分蒸发,提高制冷效果。因此,在设计毛细管长度时,需要根据具体的制冷需求和系统要求进行平衡,以达到最佳的制冷效果和系统效率。

 3.长度设计   


毛细管长度的选择首先肯定要知道制冷剂的质量流量,所以要知道制冷量,蒸发温度,冷凝温度,过冷度,过热度等参数;对于风冷冷风型的空调来说,一般设计参数都差不多,见下表:


蒸发温度,℃

过热度,℃

冷凝温度,℃

过冷度,℃


5-7

5

50-54

5

焓差ΔH,kJ/kg

焓值 H2,kJ/kg

410

焓值 H1,kJ/kg

258

152


所以制冷剂的质量流量为:

Gf=制冷量/ΔHkg/s





这里一直提到临界压力的问题,为了对临界压力有一个直观的理解,这里介绍一种查找临界压力的方法。右表给出了毛细管的不同进口条件下不同长径比λ的临界压力,查找方法如下:


1.用已知的冷凝压力和过冷度确定A点;

2.划一横线到标准毛细管的长径比B点(λ=2030/1.625=1252);

3.再划一竖线,按照和实际毛细管的长径比的交点在纵坐标找到对应的临界压力;


从图中的示例可以看出,对于空调,根据冷凝压力和过冷度可以看出,一般都在7bar以上,都比蒸发温度5-6bar 高,对于冰箱,也可以得出相同的结论。

因此,在确定毛细管长度时,主要是考虑冷凝压力和过冷度。




毛细管结构对制冷系统的影响及设计

   

 1. 内部结构

毛细管的内部结构包括管径、管壁厚度和内螺纹等。较大的管径可以减小制冷剂阻力,提高制冷剂流速,从而提高系统效率。然而,过大的管径可能会降低传热系数,从而影响制冷效果。较薄的管壁可以减少热损失,提高传热效率,但也可能会降低毛细管的强度和耐用性。内螺纹可以增加制冷剂的蒸发面积,提高传热系数,从而提高制冷效果。

 2. 外部结构  

毛细管的外部结构包括保温材料、防护层和保护套等。保温材料可以减少热损失,提高传热效率,但也可能会增加毛细管的体积和重量。防护层可以保护毛细管免受外部损伤,提高毛细管的耐用性和可靠性。保护套可以保护毛细管免受腐蚀和磨损,延长毛细管的使用寿命。

3.如何设计?


因为制冷设备的结构有多种多样,而用户对不同制冷设备的要求也不一样,所以在毛细管的结构设计上也有所不同。

1)单根毛细管: 对于一般的冰箱或单冷型的空调,只需单根毛细管来节流即可,不过对于这根毛细管是盘成卷还是长条放置要看制冷设备的结构,家用冰箱冷凝器蒸发器比较近,一般盘起来,一些商用风冷冷柜冷凝器蒸发器离得较远,一般是成条埋在发泡层。

2)单根带单向阀: 这种一般用在调热泵,因为制冷,制热所需的毛细管长度不一样,所以分成制冷,制热两组毛细管,当某根毛细管不使用时,通过单向阀来短路这根毛细管,这种结构需要两个单向阀,但设计简单且互不干扰,特别适用于长连管分体空调;

3)双根毛细管组合: 对于热泵型家用空调,有时因为毛细管不能放在室内机(怕噪音太大),一根毛细管用于制冷,制热时再加一根毛细管,这根毛细管在制冷循环时用单向阀来短路。

4)多根毛细管: 当蒸发器比较大时,如果流程过长,在设计上需要分路,也可用毛细管来节流兼分配,这时对分配头要求也没有专用分配管那么严格,因为毛细管本身因为节流作用可以调节而避免分配不均的问题。这种结构一般只用在单冷系统。



毛细管直径对制冷系统的影响及设计

   

 1. 制冷效果与制冷剂流量

毛细管直径的变化会直接影响制冷系统的制冷剂和流量。较小的毛细管直径可以增加制冷剂的蒸发面积和传热系数,从而提高制冷效果。然而,过小的毛细管直径会增加制冷剂的阻力和压力损失,从而影响制冷剂的流量和系统的效率。因此,在设计毛细管直径时,需要综合考虑制冷效果、制冷剂流量和系统效率等因素。

 2. 传热性能与制冷剂阻力  

较大的毛细管直径可以减小制冷剂阻力,提高制冷剂流速,从而提高系统效率。然而,过大的毛细管直径可能会降低传热系数,从而影响制冷效果。因此,在设计毛细管直径时,需要根据具体的制冷需求和系统要求进行平衡,以达到最佳的制冷效果和系统效率。

3.如何设计?

有实验指出,在同样工况同样流量的条件下,毛细管的阻力和长度都近似与其内径的4.6 次方成正比,即F1/F2=(D1/D2)^4.6,L1/L2=(D1/D2)^4.6。

对于毛细管直径,现在主要是用ID0.4—2.5mm,在一些大的系统中,也会有用ID6 的铜管作为分配管,虽然也要考虑制冷剂在管路的压降问题,但这类系统的节流主要还是在膨胀阀上,分配管上的只能算是压力损失。还有毛细管生产公司研究了冰箱系统使用的毛细管,结果表明,当长度超过一定值时“L”,将不对流量再产生影响,其实是当毛细管入口压力一定时,当制冷剂在毛细管内的流速超过临界速度时,毛细管出口压力不再对制冷剂流量产生影响;而当毛细过小于一定值时“S”,毛细管的管长也不会对流量产生影响,而主要是管径的变化影响制冷剂流量,这时毛细管相当于孔板节流。

而介于“L”点和“S”之间的长度为1.5-5 米(5-16FT)。该公司还针对制冷系统常用的毛细管内径,经过测试,制作了一个不同直径的长度换算表(见下表),可以根据需要选择不同直径和不同长度,使用方法如下:



1)如现有一个内径和长度的毛细管,要换成另外一个内径和长度,那么先在左边的Tube I.D.列中找出原来的内径;

2)在表中第二行找到要换成的内径(如果没有可以用插值法),向下垂直找到和原来的内径水平方向在表中的交点,就是换算系数;

3)用原来的长度乘以换算系数就是要换成的长度。



结论

   

毛细管作为制冷空调系统中的关键部件,其设计直接影响到整个系统的性能和效率。在设计毛细管长度、结构和直径时,需要综合考虑压力损失、制冷剂流速、制冷效果、传热性能、热损失、保护性能、制冷剂阻力、系统效率等因素,以达到最佳的制冷效果和保护性能。

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