2.2.2. Отрезок 0-1. Вход трубки.

Зная величину расхода и начальные условия в точке 0 можно вычислить состояние жидкости после входного отрезка. Очевидно, что после входного участка мы будем иметь незначительное изменение энтальпии и давления. Хладагент все также будет представлять собой переохлажденную жидкость. Однако если бы на вход трубки поступала парожидкостная смесь и была бы известна величина паросодержания, то также можно было бы использовать уравнение 2.18.

Увеличение энтропии на входе, которое также незначительно, определяется по уравнению 2.21.

2.2.3. Отрезок 1-2. Часть трубки, содержащая только жидкость.

В случае адиабатного процесса, выражение (2.23) даст . Теоретически данный процесс не является изотермическим, но если практически это так, то изменение энтропии можно найти из уравнения (2.30)

Соотношение между величиной падения давления, длиной трубки и коэффициентом трения находится при интегрировании уравнения (6а), полагая,

что

Данное уравнение можно использовать для определения коэффициента трения по результатам испытаний, либо для оценки величины падения давления при заданном потоке и если известен коэффициент трения. В общем случае, коэффициент трения для данного однофазного потока является функцией числа Рейнольдса и шероховатости трубки.

2.2.4. Отрезок 2-3. Участок, содержащий смесь насыщенной жидкости и пара.

Рассматривая участок трубки от точки 2, где впервые начинает образовываться пар до точки 3 по ходу потока, уравнение (2.24) преобразуется в

Это уравнение можно преобразовать в квадратичную форму для решения относительно :

62

Для заданной величины потока WH параметров насыщенной жидкости в точке 2, можно точно определить для любой более низкой температуры(и

соответствующего давления насыщения ) используя таблицы значений термодинамических свойств хладагента. Зная, можно легко определить,ииз уравнения. и т.д.

Рис.2.4. Изображение типичного потока в капиллярной трубке на диаграмме температура-энтропия [25].

Кривую комбинированного потока можно схематично изобразить на диаграмме температура - энтропия. Сначала отмечается изменение энтропии переохлажденной жидкости (уравнение (*)), а затем наносится изменение энтропии части трубки, где находится хладагент в двух фазном состоянии (уравнение (***)). Данная кривая изображена на рис.2.4.

Диаграмма температура-энтропия показывает, что на входе в капиллярную трубку 0-1 имеет место практически незначительное увеличение энтропии при практически постоянной температуре. От точки 1 до точки 2 энтропия продолжает увеличиваться при постоянной температуре. От точки 2 и далее процесс протекания изменяется ввиду начавшегося парообразования и значительного увеличения удельного объема. Энтропия продолжает увеличиваться по мере падения температуры до тех пор, пока при некотором более низком значении температуры и давления 3 не будет достигнут максимум энтропии. Дальнейшее понижение температуры (или давления) приведет к уменьшению энтропии. Однако уменьшение энтропии противоречит второму началу термодинамики. Таким образом можно сказать, что для данной величины потока и начальных условий, давление непосредственно перед выходом из трубки не может опуститься ниже данного значения.

Реально это будет означать, что если давление в испарителе ниже данного критического давления, то на выходе из трубки будет иметь место резкое падение давления 3-4, как показано на рис.2.3. Изменения давления в испарителе ниже данного критического давления ни как не отразятся на величине потока.

Только при давлении в испарителе большем данного критического давления можно уменьшить поток.

Анализируя выражение для энергии установившегося потока можно увидеть, что для адиабатного случая энтальпия двух фазной смеси в точке 4 равна энтальпии жидкости непосредственно перед входом в капиллярную трубку в точке 0, даже несмотря на то, что энтальпия изменяется по длине трубки.

Значения коэффициентов трения для двух фазного потока можно получить из экспериментальных данных и используя уравнение (2.30). В отличие от ситуации для однофазного потока, здесь нет параметра типа числа Рейнольдса для корреляции данных, поскольку вязкость двух фазной смеси не имеет четкого значения, хотя ее влияние существует.

Если известны коэффициенты трения, то выражение (2.31) можно пошагово проинтегрировать и определить положение отдельных точек на кривой потока. Пошаговое интегрирование проводится путем нахождения приращения длины для изменения от состояния а до состояния b (рис.2.1.), используя средние значения температуры и удельного объема на данном отрезке, таким образом:

Сумма отдельных приращений от 0 до 3 и будет общая требуемая длина трубки.

Если прямое интегрирование уравнения (2.31) не возможно, то можно использовать графический метод. Исследование уравнения (2.31) показывает, что если на график значения выражения в зависимости от значений энтропии, то в результате мы получим кривую, площадь под которой будет равна длине трубки. Как было показано выше, данную кривую можно использовать лишь до точки, где достигается максимум энтропии. Для конкретных начальных условий и заданного потока, давления меньшие данного критического в точке 3, могут быть получены только после капиллярной трубки.