二级节流孔板的设计计算探讨

第11卷??第4期2011年8月

REFRIGERATIONANDAIR-CONDITIONING36-39

二级节流孔板的设计计算探讨

柯儒文

(乐金空调(山东)有限公司)

摘??要??基于孔板节流的压降理论,通过分析气液两相流流经孔板时的压降及状态变化情况,提出在设计选取二级孔板时的计算方法,得出相关结果,并通过实际生产使用验证,具有很好的可行性,提高了相关冷水机组在节流孔板选型上的工作效率和准确性,也节约了成本。关键词??冷水机组;二级孔板;节流;压降

Discussionondesigncalculationoftwo-stagethrottleorifice

KeRuwen

(LGElectronicsAir-conditioning(Shandong)Co.,Ltd.)

ABSTRACT??Basedonthepressuredroptheoryofthrottleorifice,proposesacalculationmethodforselectingtwo-stageorificeplateinthedesignanddrawsrelevantresultsbyan-alyzingthepressuredropandstatechangeswhilegas-liquidtwophaseflowrunsthroughtheorifice.Andthroughtheverificationofusingactualproduction,thismethodhasavery

goodfeasibilityandimprovestheworkingefficiencyandaccuracyoforificetypeselectionforchiller,alsosavescost.KEYWORDS??chiller;two-stageorificeplate;throttle;pressuredrop????孔板常作为冷水机组节流元件,具有结构简单、成本低、无运动部件和运行安全可靠等优点。然而这样简单的孔板节流也有不足,其应付工况、变负荷能力差,达不到一定的调节精度要求,从而影响冷水机组性能,使制冷系数下降,能耗增大。但其简单可靠、成本低廉的优点在竞争激烈的制冷空调设备市场上仍有很大的吸引力,特别是大容量机组,由于电子膨胀阀成本很高,控制也较为复杂,目前很多厂商经过研究找到改进措施,将孔板串联,再配合电动节流阀,经过设计计算,也能满足一定需求。由于二级孔板是一种较为特殊的节流机构,目前仍无成熟的设计计算方法。笔者拟在分析现有的孔板节流计算方法和气液两相流动研究成果的基础上,对二级孔板节流进行压降计算方面的探讨。

二级孔板节流机构由2块孔板组成,通过第一级孔板时,制冷工质刚好达到饱和液体线,并产生少许闪发气体;由于闪发气体占据一部分空间,其

收稿日期:2011-01-24

:(),流量也在波动,致使工质进入第二级孔板时流体的流量在一定范围内(约20%)变动,进而达到自

动调节制冷剂循环量的功能。第二级孔板因变动的流量造成不同的压降变化,与系统高低压差进行调节,达到动态平衡后,稳定发挥制冷膨胀功能而完成整个制冷循环。1??计算模型和方法

笔者将二级孔板节流分为2个过程:首先是有一定过冷的单相液态流体经过第一级孔板节流和降压,变为气液两相混合物;其次是两相混合物流经第二级孔板进一步节流和降压进入蒸发器管束蒸发。过冷液体的单级孔口节流有现成计算方法可用,而气液两相混合物流经二级孔板的节流计算也可试用一些半经验方法,这将在本文中进行探讨。

1.1??一级孔板节流计算

现假定一级孔板节流为液体孔口淹没出流,一级孔口上游端取压口处压力值为p1,一级孔口

??第4期柯儒文:二级节流孔板的设计计算探讨??37??????

2

下游端面取压力值为pC,一级孔口下游端取压口处压力值为pB,各取压口处压力值以该流段压力

平均值为准。现以一级孔口中某一孔洞中心线为基准线,取上下游自由液面1??1和B??B,如图1

所示。

C

??p1=p1-pB=

AC

??(??1+??2)??

2g

(4)

1.2??二级孔板节流计算1.2.1??林宗虎计算方程式

根据林宗虎的理论和方法,气液混合物流过孔板的压降可按下面的方法计算[2]:

L

(5)-G

式中:??pTP为两相混合物流经二级孔板的压降

3

(MPa);??G为气相密度(kg/m);??为蒸气干度;

TP

+??0=??

??p0为假定两相流体全部为液体流过孔板时的压

降(MPa);??为常数。

1.2.2??孔板两相修正系数??和??p0

2??G

??=1.48625-9.26541+44.6954??

L

G

L

3

图1??一级孔板节流示意图

根据伯努利方程,列出节流前后的能量方程如下:H1+

11B212+=HB++++2g2g2g2g

2

1

2B

2C2

2

2C

[1]

G

-5.12966

L

6

4

G

-26.5743

L

5

(6)

??p0由下式计算[3]:

(1)

0(7)

??CA2L

式中:G为制冷剂流量;??为孔口与管径之比;??为孔板热膨胀系数;C为孔板流量系数;A2为孔口面积(mm)。1.2.3??流量系数

流量系数C由Stolz方程给出,见下式:

C=0.5959+0.0312??2.1-0.184??8+0.0029??2.5??

2

1令H0=(H1-HB)++,称为作

??2g用水头。

则上式为2C

H0=??1+??2

2g求解vC得vC=

??12

Red

60.75

+0.090L1??

4

1-??

4-1

2-0.0337L??

则出流流量为QC=vC??AC=

??????A??12

(2)

(8)

式中:??为直径比(d/D);Red为管道内流体的雷诺数;L1为二级孔板上游端面到上游取压口的距离除以管道直径得出的商,L1=l1/D;L2为二级孔板上游端面到下游取压口的距离除以管道直径得出

2为二级孔板下游端面到下游取的商,L2=l2/D;L??

压口的距离除以管道直径得出的商,L??2=l??2/D。

1为液体经孔口处的局部阻力系数,??1=0.5式中:??

2为液体在收缩断面之后突然扩大1-AC/A1;??

的局部阻力系数,由于B??B断面比C??C断面大2

得多,所以??2=(1-AC/AB)??1。

由于

H1=HB,??1=??B所以H0=则可得出QC=AC??

1B12

(3)

1B,1.2.4??孔板可膨胀系数??

可膨胀系数??与雷诺数无关,对于给定孔板,在已知直径比??时,它只取决于压差、静压、等熵指数。其计算经验公式适用范围p2/p1大于或等于0.75:

2

??=1-(0.351+0.256??+0.93??)1-p1

4

8

(9)

,1。

????????38第11卷??2??举例校核计算

2.1??计算条件

由以上给出的二级孔板节流计算公式,笔者

以某公司的单级系列离心机组为例,进行设计计算和核算。在实际应用中,采用多孔孔板来代替单孔孔板,如图2和图3所示。由图2可知,蒸发器和冷凝器中的压力、蒸发器中的液位高度等参

数均会影响流经孔板的制冷剂的流动状态。

2.2??计算方法

2.2.1??计算流程

本方法需要假设一些参数,可按以下步骤进行:

??根据制冷量和设计工况(包括过热度和过

冷度)以及制冷剂种类等参数,由式(1)~(3),计

算制冷剂流量Qm,确定孔板前后压力p1和p2。

??确定液管管径D和小孔孔径d,由式(4)计算一级孔板压降??p1;??根据制冷剂R134a特性查相应参数表,由式(8)计算其流量系数C;??已知液管材料20#和孔板材料Q235B,查出其相应的热膨胀系数??;??由已知参数及式(5)~(7),计算二级孔板压降??pTP;

??第4期柯儒文:二级节流孔板的设计计算探讨??39??????

??核算p1-p2=??p1+??pTP,并计算误差是否在要求范围内(??5%)。如不符合,重复??~

??,直到误差在允许范围内。

??确定孔板小孔数量和液管管径D。

2.2.2??使用EXCEL表格进行计算

根据上述计算流程,通过在EXCEL表中输入

相关计算公式和参数,编制计算软件,达到一个自动生成的目的,如图5所示。计算结果见表1

。

图5??EXCEL计算软件图

表1??离心式冷水机组计算结果

已知数据:

制冷量/Rt

制冷剂

冷水进/出口温度/??蒸发器LTD

过热度/??

冷却水进/出口温度/??冷凝器LTD过冷度/??

1000R134a12/71232/371.55

放置要求D/mmd/mm??/mmN/bar/bar

水平双板串联1256.80.43150659.763.56

参考文献

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中国建筑工业出版社,2007.

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文丘里管测量充满圆管的流体流量[S].

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[7]??蔡蔷,何钦波,韩维哲,等.节流短管流量特性试验研

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[8]??饶荣水,宋铭,刘丽刚,等.节流元件对空调Cd系数影

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3??结论

根据二级孔板中气液两相流的计算公式,整

理出一套串联孔板压降计算方法,进行孔板的选择计算,用实际数据进行了验证,可行性很高,对于串联孔板节流的设计计算有很大帮助,再配合蝶阀或浮球阀来控制和修正偏差,基本可以解决冷水机组在节流阻件上投资成本高、节流效果不佳的问题。该方法目前已投入生产使用,提高了工作效率,但仍须不断改善和提高。

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