- •1. Состояние вопроса. Цели и задачи исследования
- •1.1 Основные типы регулировочных устройств.
- •1.1.1 Капиллярная трубка - как регулирующее устройство.
- •1.1.2 Особенности работы капиллярной трубки.
- •1.2 Особенности работы холодильных машин, использующих в качестве регулирующего устройства капиллярную трубку.
- •1.2.1. Условия работы подобных холодильных машин.
- •1.2.2. Преимущества.
- •1.2.3. Недостатки.
- •1.3 Характеристики капиллярных трубок.
- •1.3.1. Параметры, влияющие на величину расхода хладагента через капиллярную трубку.
- •1.3.2. Зависимость расхода хладагента от диаметра капиллярной трубки.
- •1.3.3. Зависимость расхода хладагента от длины капиллярной трубки.
- •1.3.4. Зависимость расхода хладагента от величины разности давлений на входе и выходе из капиллярной трубки.
- •1.3.5. Зависимость расхода хладагента от состояния хладагента, поступающего в капиллярную трубку.
- •1.4 Существующие методики подбора и расчета капиллярных трубок.
- •1.4.1 Метод пошагового интегрирования.
- •1.4.2 Метод приближенного расчета.
- •1.5 Особенности применения капиллярной трубки для режима теплового насоса.
- •1.6 Цели и задачи исследования.
- •2. Математическая модель процесса дросселирования хладагента r22 в капиллярной трубке
- •2.1 Эффект Джоуля - Томпсона.
- •2 .1. 1 Дросселирование.
- •2.1.2 Общее уравнение дифференциального джоуль-томсоновского эффекта.
- •2.1.3 Физическая сущность джоультомсоновского эффекта.
- •2.1.4 Изоэнтропийное расширение газа.
- •2.2 Дросселирование хладагента r22 в капиллярной трубке.
- •2.2.1. Уравнения, используемые для описания однонаправленного потока в капиллярной трубке круглого сечения [25].
- •2.2.2. Отрезок 0-1. Вход трубки.
- •2.2.3. Отрезок 1-2. Часть трубки, содержащая только жидкость.
- •2.2.4. Отрезок 2-3. Участок, содержащий смесь насыщенной жидкости и пара.
- •2.3 Математическая модель течения хладагента в капиллярной трубке.
- •3. Объект исследований. Экспериментальная установка и методика проведения испытаний.
- •3.1 Объект исследований и экспериментальная установка.
- •3. 2. Методика вычисления холодо и теплопроизводительности.
- •3.3 Практические предпосылки для разработки методики испытаний.
- •3.4. Методика проведения испытаний.
- •3.5 Оценка точности измерений.
- •3.6 Выводы по главе.
- •4. Результаты экспериментальных исследований.
- •4.1 Испытания макетного образца с ручным вентилем в качестве регулирующего устройства.
- •4.2 Основная и дополнительная капиллярные трубки одинакового внутреннего диаметра.
- •4.3. Основная и дополнительная капиллярные трубки разных диаметров.
- •4.4. Возможность использования только одной капиллярной трубки.
- •4.5. Выводы по главе.
1.3.3. Зависимость расхода хладагента от длины капиллярной трубки.
Расход фреона через капиллярную трубку обратно пропорционален длине
Трубки в степени [31]. Увеличение длины на 10 % приводит к снижению потока на 6 %. На рис. 1.3. представлена зависимость расхода от длины трубки.
1.3.4. Зависимость расхода хладагента от величины разности давлений на входе и выходе из капиллярной трубки.
Перепад давлений по длине капиллярной трубки создает поток, аналогичный потоку жидкости, известного из гидравлики. Увеличение перепада давлений на 10 % приводит к увеличению потока на 6 %. Величина потока пропорциональна величине перепада давлений в степени [31].
На рисунке 1.4 представлена зависимость величины расхода от величины разности давлений.
Внутренний диаметр Рис. 1.2 Зависимость величины расхода через капиллярную трубку от внутреннего диаметра.
Рис. 1.3 Зависимость величины расхода через капиллярную трубку от длины.
Перепад давлений Рис. 1.4 Зависимость величины расхода через капиллярную трубку от разности давлений.
Рис. 1.5. Зависимость величины расхода от степени переохлаждения хладагента.
1.3.5. Зависимость расхода хладагента от состояния хладагента, поступающего в капиллярную трубку.
Переохлаждение хладагента в значительной степени влияет на величину расхода через капиллярную трубку. Жидкий фреон, поступающий в трубку при температуре насыщения, начинает вскипать сразу же на входе. Однако, если жидкость переохлаждена до температуры меньшей, чем температура насыщения, то до момента вскипания жидкость успевает пройти по трубке некоторое расстояние. Соответственно, сопротивление потоку будет меньше, если жидкость переохлажденная, чем если бы она была при температуре насыщения. Добившись переохлаждения на 10 градусов можно увеличить расход на 15 ~ 20 %[31].
На рис. 1.5 представлена зависимость расхода хладагента от величины переохлаждения.
1.4 Существующие методики подбора и расчета капиллярных трубок.
1.4.1 Метод пошагового интегрирования.
Данный расчет основан на принципах гидравлики [22], [28]. Если целью расчета является определение длины трубки при заданном диаметре, необходимом для расширения данного весового потока холодильного агента от давления конденсации до давления кипения, решение может быть найдено последовательным расчетом. Участки длины трубки, необходимые для последовательного расширения по ступеням складываются, и определяется суммарная длина всей трубки.
Для каждого участка трубки производятся следующие ступени расчета: 1) задается небольшое увеличение падения давления; 2) определяется паросодержание, удельный объем; вязкость и скорость на выходе из участка, считая, что расширение происходит при постоянной энтальпии; 3) определяется падение давления вследствие ускорения холодильного агента; 4) вычитанием из общей потери давления в ступени 1 находится падение давления за счет трения, и длина трубки, дающая желаемое падение давления за счет трения. Начало участка будем условно обозначать индексом 1, а конец участка - индексом 2. Порядок расчета:
1. Температура жидкости на входе в трубку - задана.
2. Задаемся значением температуры хладагента на выходе из первого участка трубки.
3. Энтальпии жидкости, пара берутся из таблиц или диаграмм.
4.
5. Удельные объемы жидкости и пара берутся из таблиц и диаграмм.
6.
7. Кинематические вязкости жидкости и пара берутся из таблиц.
8.
9.
10.
11.
12. При прохождении холодильного агента через капиллярную трубку происходит падение давления вследствие трения и сил инерции. Из баланса сил, действующих на элемент холодильного агента в трубке, имеем:
Решаем это уравнение относительно падения давления dp:
Величина V/v может быть заменена на G/3600A из уравнения в п. 9.
Интегрируя для участка от 1 до 2, получим
Первая величина в правой части этого уравнения является падением давления вследствие ускорения, вторая величина справа представляет собой потерю давления вследствие трения. Подставив соответствующие значения величин можно рассчитать величину падения давления вследствие ускорения.
Падение давления вследствие трения
Отсюда получим
Такое решение уравнения затруднительно вследствие сложности изменения f и V по длине L. Для простоты принимаются средние значения f и V между 1 и 2. Эти значения принимаются постоянными. Тогда получим
Отсюда можно получить выражение для участка длины
13. Общая длина трубки будет представлять собой сумму длин отдельных участков.
В ходе расчета может возникнуть ситуация, когда очередной участок длины имеет отрицательное значение. Это означает, что падения давления на данном участке недостаточно для получения силы, необходимой для создания ускорения, другими словами на выходе из трубки достигнуто критическое давления.
В таком случае расчет останавливают и суммируют все полученные участки. Если же полученной длины недостаточно, то необходимо перейти на больший диаметр трубки и повторить расчет.