29、直毛细管中CO₂和R22制冷剂流动特性的比较研究

直毛细管中CO₂和R22制冷剂流动特性的比较研究

1. 引言

全球市场对空调和制冷系统的需求持续增长，由于生态问题，需要采用新技术来使用环保型制冷剂。由于氯氟烃（CFCs）和氢氟烃（HFCs）具有臭氧消耗潜能值（ODP）和全球变暖潜能值（GWP），其使用已被避免。二氧化碳（CO₂）是一种天然制冷剂，具有零ODP和较低GWP等良好的环保特性。在许多制冷应用中，约80%采用蒸汽压缩制冷循环（VCR）。在VCR循环中，膨胀装置至关重要，它能维持高低侧之间的压力差。可用于VCR循环的膨胀装置有多种，如节流孔板、毛细管、热力膨胀阀等。其中，毛细管结构简单、经济且能自动调节，因此常用于许多小容量制冷系统。通过选择合适的管径、长度和内表面粗糙度，可以实现所需的制冷剂流量。

超临界CO₂循环一半在临界点以上，一半在临界点以下，而R22制冷剂的VCR循环是亚临界循环。超临界循环中管内流动更为复杂，因此有必要对超临界和亚临界循环进行比较。此前已有许多关于毛细管的研究，但关于超临界CO₂和亚临界R22在直毛细管中的研究相对较少。本研究旨在比较超临界CO₂和亚临界R22系统，分析各种毛细管尺寸对质量流量的影响，这与系统性能直接相关，有助于为给定质量流量选择合适的直毛细管尺寸。

2. 数学模型

为CO₂和R22制冷剂建立数学模型，基于以下假设：
1. 整个管内管径恒定。
2. 管内表面粗糙度均匀。
3. 管内为绝热一维流动。
4. 亚临界流动为均匀流动。
5. 热力学循环达到平衡。
6. 入口损失极小。

利用质量、动量和能量的基本原理设计模型，将整个毛细管划分为小的离散单元，以感知流体特性的变化。在CO