r410a电子膨胀阀流量特性的实验研究(1)

R410AR410A 电子膨胀阀流量特性的实验研究电子膨胀阀流量特性的实验研究 (1)(1) 叶奇昉陈江平陈芝久 摘要：本文电子膨胀阀的流量特性进行了研究，实验测定 了不同结构的电子膨胀阀在不同工况下的流量特性。在考 虑膨胀阀的流通面积、阀头结构、膨胀阀进出口工况、制 冷剂性质等参数的影响下，基于实验数据，拟合了 R410A 在指定工况下的流量特性关联式，获得的关联式与实际数 据的相对偏差在-%之间。 关键词：电子膨胀阀流量特性制冷剂 1 引言 制冷系统中的节流机构与压缩机、冷凝器、蒸发 器并称为制冷系统的“四大件” ，是制冷系统中必不可少的 元件之一，起着节流降压的作用。它直接控制着蒸发器制 冷剂的流量和蒸发器出口的过热度。节流机构与系统其它 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。 由于毛细管和节流短管流通面均不可变，对于流量特 性其影响因素相对较少。国内外研究者对流量特性研究较 多1-5，并总结了许多流量特性的经验或半经验公式。 Wolf5等对以 R22,R134A,与 R410A 为工质的毛细管的流量 特性提出了无量纲经验公式。Melo6等对以 R12,R134A,R600A 为工质的毛细管的流量特性提出了经验公 式。Kim7等人对以 R22,R407C,R410A 为工质的不同形状 的毛细管流量特性提出了类似于 Wolf 的经验公式。以上三 家的经验公式精度都较高。Aaron 与 Domanski8，Kim 与 ONeal9针对以 R22 为工质，Choi 与 Kim10针对以 R410A 为工质的节流短管的流量特性提出了经验公式，其公 式精度较高。 而对于其它可变节流面积的节流机构热力膨胀阀和 电子膨胀阀，影响流量特性的因素较多，目前鲜有述及。 新型制冷剂如 R134A、R407C 和 R410A 等的使用，不仅对膨 胀阀制造企业带来了新的难题，对于膨胀阀的用户也带来 了新的挑战。 随着变频空调的日益流行，电子膨胀阀的应用越来越 广泛。与传统的毛细管、节流短管以及热力膨胀阀相比， 电子膨胀阀调节精度高，调节范围大等优点。但是，目前 对于电子膨胀阀流量特性的研究还很薄弱。仍然采用水力 学公式对它进行描述11：（1） 式中：为制冷剂流量， 为流量系数 为流通面积， 为进口制冷剂的密度， 、分别为膨胀阀进出口压力， 迄今为止，对影响节流机构流量特性的因素，众家说 法不一，甚至出现了相互矛盾的说法。Kim 与 ONeal12 认为节流机构的流量特性与节流机构几何特性，入口条件， 出口压力有关，并以此拟合出了节流短管的流量系数半经 验公式。Singh13等人认为节流机构的流量特性不仅与上 述因素有关，还与制冷剂物性有关。市川常雄18认为锥 阀的流量系数与阀针的角度，阀的开度，节流通道直径等 因素有关。笠井浩爾对阀进行了系统的进行了研究19,并 得出线性阀的流量系数不仅与工质的物性有关,还与阀的几 何参数有关。Stone20认为球阀的流量系数与雷诺数成指 数关系： 、n 的取值与阀的几何结构有关。 阿武芳朗21等认为滑阀的流量系数不仅与 Re 数有关， 而且与阀口开度，径向间隙等都有关系。22研究了热力 膨胀阀的流量特性后认为流量系数与膨胀阀的几何特性无 关，而与制冷剂物性以及进出口条件有关，并针对 R22 为 制冷剂时提出了流量系数的经验公式： （3） 式中：制冷剂液体进口密度，kg/m3制冷剂出 口比容，m3/kg 而和23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。 本文通过建立基于液环法的实验系统，对新工质 R410A 电子膨胀阀的节流特性进行研究，获得了膨胀阀流量系数 与阀体几何结构，进出口条件以及制冷剂物性的关系。 2 实验台及电子膨胀阀试样简介 实验台简介 图 1 为试验的原理图。图中,实验台的理论循环为 1-2- 3-4-1，实际制冷系统循环为 6-5-2-3-6。其中,41 为制 冷剂在磁力泵中压力升高的过程；12 为低压换热器中加 热升温过程；23 为节流过程；34 为高压换热器中冷凝 放热过程；65 为制冷循环中压缩机压缩过程；52 为制 冷循环中冷凝放热过程；23 为节流过程；36 为制冷循 环蒸发器中蒸发过程。 图 1 实验台原理图 试验采用新工质 R410A，试验台的装置如图 2： 图 2 实验装置图 实验控制的参数为电子膨胀阀前的温度、压力。测试 结果为制冷剂流量，采用质量流量计测量。电子膨胀阀从 全关到全开为 500 脉冲， ，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来获得，阀后温 度和压力可以通过改变乙二醇泵变频器频率来获得。 实验参数设定 本文对 DPF 系列电子膨胀阀进行了实验，选取的膨胀 阀有、 、 、四种膨胀阀,膨胀阀的阀针、阀座结构如图 3。不 同膨胀阀的阀针、阀座参数不同。实验过程中，将同一个 阀针安放在不同的阀中进行了实验。 根据国际标准，本文测试工况点： 阀前压力：、 、 ，冷凝温度：40、45、50，过冷度： 、5、10。蒸发温度分别为 0、5、10；本试验中阀前温度偏 差可控制在；阀前、阀后压力偏差控制在20kPa；阀后 温度偏差控制在1。 3 实验结果及分析 将膨胀阀的开度依次增加 50 脉冲从 100 脉冲到 500 脉冲，将工况稳定在设定点 180s，记录所 测的质量流量。 前人对毛细管、节流短管以及膨胀阀的研究结果表明 5-10,12