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摘要摘要：本文電子膨脹閥的流量特性進行了探究，實驗測定了不同結(jié)構(gòu)的電子膨脹閥在不同工況下的流量特性。在考慮膨脹閥的流通面積、閥頭結(jié)構(gòu)、膨脹閥進出口工況、制冷劑性質(zhì)等參數(shù)的影響下，基于實驗數(shù)據(jù)，擬合了R410A在指定工況下的流量特性關聯(lián)式，獲得的關聯(lián)式和實際數(shù)據(jù)的相對偏差在-7.6%—0.5%之間。

摘要：電子膨脹閥流量特性制冷劑

1引言

制冷系統(tǒng)中的節(jié)流機構(gòu)和壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器并稱為制冷系統(tǒng)的“四大件”，是制冷系統(tǒng)中必不可少的元件之一，起著節(jié)流降壓的功能。它直接控制著蒸發(fā)器制冷劑的流量和蒸發(fā)器出口的過熱度。節(jié)流機構(gòu)和系統(tǒng)其它主要部件的良好匹配是改善系統(tǒng)運行并適應系統(tǒng)負荷變化的基礎。

由于毛細管和節(jié)流短管流通面均不可變，對于流量特性其影響因素相對較少。國內(nèi)外探究者對流量特性探究較多[1-5，并總結(jié)了許多流量特性的經(jīng)驗或半經(jīng)驗公式。Wolf[5等對以R22,R134A,和R410A為工質(zhì)的毛細管的流量特性提出了無量綱經(jīng)驗公式。Melo[6等對以R12,R134A,R600A為工質(zhì)的毛細管的流量特性提出了經(jīng)驗公式。Kim[7等人對以R22,R407C,R410A為工質(zhì)的不同外形的毛細管流量特性提出了類似于Wolf的經(jīng)驗公式。以上三家的經(jīng)驗公式精度都較高。Aaron和Domanski[8，Kim和O’Neal[9針對以R22為工質(zhì)，Choi和Kim[10針對以R410A為工質(zhì)的節(jié)流短管的流量特性提出了經(jīng)驗公式，其公式精度較高。

而對于其它可變節(jié)流面積的節(jié)流機構(gòu)—熱力膨脹閥和電子膨脹閥，影響流量特性的因素較多，目前鮮有述及。新型制冷劑如R134A、R407C和R410A等的使用，不僅對膨脹閥制造企業(yè)帶來了新的難題，對于膨脹閥的用戶也帶來了新的挑戰(zhàn)。

隨著變頻空調(diào)的日益流行，電子膨脹閥的應用越來越廣泛。和傳統(tǒng)的毛細管、節(jié)流短管以及熱力膨脹閥相比，電子膨脹閥調(diào)節(jié)精度高，調(diào)節(jié)范圍大等優(yōu)點。但是，目前對于電子膨脹閥流量特性的探究還很薄弱。仍然采用水力學公式對它進行描述[11摘要：（1）

式中摘要：為制冷劑流量，

為流量系數(shù)

為流通面積，

為進口制冷劑的密度，

、分別為膨脹閥進出口壓力，

迄今為止，對影響節(jié)流機構(gòu)流量特性的因素，眾家說法不一，甚至出現(xiàn)了相互矛盾的說法。Kim和O’Neal[12認為節(jié)流機構(gòu)的流量特性和節(jié)流機構(gòu)幾何特性，入口條件，出口壓力有關，并以此擬合出了節(jié)流短管的流量系數(shù)半經(jīng)驗公式。Singh[13等人認為節(jié)流機構(gòu)的流量特性不僅和上述因素有關，還和制冷劑物性有關。市川常雄[18認為錐閥的流量系數(shù)和閥針的角度，閥的開度，節(jié)流通道直徑等因素有關。笠井浩爾對閥進行了系統(tǒng)的進行了探究[19,并得出線性閥的流量系數(shù)不僅和工質(zhì)的物性有關,還和閥的幾何參數(shù)有關。Stone[20認為球閥的流量系數(shù)和雷諾數(shù)成指數(shù)關系摘要：

(2)

、n的取值和閥的幾何結(jié)構(gòu)有關。

阿武芳朗[21等認為滑閥的流量系數(shù)不僅和Re數(shù)有關，而且和閥口開度，徑向間隙等都有關系。D.D.Wile[22探究了熱力膨脹閥的流量特性后認為流量系數(shù)和膨脹閥的幾何特性無關，而和制冷劑物性以及進出口條件有關，并針對R22為制冷劑時提出了流量系數(shù)的經(jīng)驗公式摘要：

（3）

式中摘要：ρ－制冷劑液體進口密度，kg/m3ν－制冷劑出口比容，m3/kg

而A.Davies和T.C.Daniels[23則認為流量系數(shù)僅僅和工質(zhì)的出口干度有關，并指出飽和的R12制冷劑液體通過薄刃銳孔節(jié)流時，實際流量和節(jié)流后的干度成線性反比。

本文通過建立基于液環(huán)法的實驗系統(tǒng)，對新工質(zhì)R410A電子膨脹閥的節(jié)流特性進行探究，獲得了膨脹閥流量系數(shù)和閥體幾何結(jié)構(gòu)，進出口條件以及制冷劑物性的關系。

2實驗臺及電子膨脹閥試樣簡介

2.1實驗臺簡介

圖1為試驗的原理圖。圖中,實驗臺的理論循環(huán)為1-2-3-4-1，實際制冷系統(tǒng)循環(huán)為6-5-2-3-6。其中,4→1為制冷劑在磁力泵中壓力升高的過程；1→2為低壓換熱器中加熱升溫過程；2→3為節(jié)流過程；3→4為高壓換熱器中冷凝放熱過程；6→5為制冷循環(huán)中壓縮機壓縮過程；5→2為制冷循環(huán)中冷凝放熱過程；2→3為節(jié)流過程；3→6為制冷循環(huán)蒸發(fā)器中蒸發(fā)過程。

圖1實驗臺原理圖

試驗采用新工質(zhì)R410A，試驗臺的裝置如圖2摘要：

圖2實驗裝置圖

實驗控制的參數(shù)為電子膨脹閥前的溫度、壓力。測試結(jié)果為制冷劑流量，采用質(zhì)量流量計測量。電子膨脹閥從全關到全開為500脈沖，，開度由PLC控制。閥前溫度通過調(diào)節(jié)熱水泵變頻器頻率改變熱水循環(huán)流量來獲得，閥后溫度和壓力可以通過改變乙二醇泵變頻器頻率來獲得。

2.2實驗參數(shù)設定

本文對DPF系列電子膨脹閥進行了實驗，選取的膨脹閥有DPF1.6、DPF1.8、DPF2.0、DPF2.2四種膨脹閥,膨脹閥的閥針、閥座結(jié)構(gòu)如圖3。不同膨脹閥的閥針、閥座參數(shù)不同。實驗過程中，將同一個閥針安放在不同的閥中進行了實驗。

根據(jù)國際標準，本文測試工況點摘要：

閥前壓力摘要：23.981、27.014、30.333bar，冷凝溫度摘要：40、45、50，過冷度摘要：1.5、5、10。蒸發(fā)溫度分別為0、5、10；本試驗中閥前溫度偏差可控制在±0.2；閥前、閥后壓力偏差控制在±20kPa；閥后溫度偏差控制在±1。

3實驗結(jié)果及分析

將膨脹閥的開度依次增加50脈沖從100脈沖到500脈沖，將工況穩(wěn)定在設定點180s，記錄所測的質(zhì)量流量。

前人對毛細管、節(jié)流短管以及膨脹閥的探究結(jié)果表明[5-10,12，節(jié)流機構(gòu)的流量特性和節(jié)流機構(gòu)的進口溫度、壓力，出口壓力、干度，進出口的壓力差，節(jié)流機構(gòu)的流通面積，節(jié)流機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)等因素有關。因此本文選取，，，，，，，，，為變量對膨脹閥流量特性進行關聯(lián)式擬合。可以表示為摘要：

（3）

式中各項意義如表1摘要：

表1閥座孔的內(nèi)徑，

流通面積的等效直徑

流通面積

入口過冷度

進口壓力

進出口壓力差

出口干度

進口密度

進口動力粘度

進口汽化潛熱

臨界溫度

臨界壓力

本文選取，，，作為基本物理量。對（3）式進行量綱分析可得摘要：

（4）

至的意義如表2

表2

本文將（4）式寫成方程（5）的形式摘要：

（5）

本文基于DPF1.6，DPF1.8，DPF2.0，DPF2.2四種閥的實驗數(shù)據(jù)擬合出了如（5）式形式的關聯(lián)式摘要：

(6)

并將關聯(lián)式（6）對DPF2.2閥座內(nèi)置2.0閥針膨脹閥的實驗數(shù)據(jù)進行驗證，其關聯(lián)式和實驗結(jié)果的相對偏差如圖3摘要：

圖3關聯(lián)式相對偏差

從圖3中可以看出，關聯(lián)式和實驗結(jié)果的相對偏差在-7.6%—0.5%之間，相對偏差較小。

4結(jié)論

本文通過液環(huán)法節(jié)流機構(gòu)實驗臺，對不同閥頭結(jié)構(gòu)的電子膨脹閥使用R410A為制冷劑時在不同工況下的流量特性進行了實驗探究。在考慮不同流通面積、閥前工況、閥前物性、閥前后壓力差、閥后工況、閥體結(jié)構(gòu)等參數(shù)的影響的情況下，擬合出了電子膨脹閥流量特性的關聯(lián)式。關聯(lián)式經(jīng)實驗驗證，相對偏差在-7.6%—0.5%之間，能夠較準確的描述R410A在冷凝溫度40至50之間，過冷度在1.5至10之間，出口溫度在0至10之間經(jīng)過電子膨脹閥的流量特性。

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