制冷剂不足时小型空调制冷循环系统实验研究

　　由于安装工艺、设计工艺的原因，制冷剂循环系统在实际运行的过程中会发生缓慢泄漏。另外在制冷剂充注时也会存在一定的误差。无论是那个原因都会导致制冷循环系统中制冷剂不足，从而影响系统内部阻力特性和换热特性，最终影响制冷循环性能。最近几年制冷系统中的两相流研究越来越多，其中很多研究给出了制冷循环性能与流型之间的关系[1 -2]。本实验在多功能环境实验室中变换环境的工况下研究了制冷剂不足时，节流后与蒸发器之前的制冷剂气液两相流流型与制冷循环性能之间的关系。同时研究了流量，压力，温度和实验段流体流动的图像随环境工况变化的关系。实验过程中显示，制冷剂不足时制冷循环中的各个参数都发生了改变，影响了整个制冷循环的性能。通过对实验结果的分析获得了制冷剂不足时制冷循环中参数的变化规律，并与正常时的参数进行了比较。实验结果对产品设计、实际工程都具有很好的参考价值。

　　1 实验装置及实验方法

　　实验装置是一个制冷剂为R410A，最大制冷量为2.6kW 的直流变频空冷空调器，实验时制冷剂充注量是正常时候的2/3。该实验装置主要包括两个部分，即制冷剂循环系统和数据采集系统，见图1。制冷剂循环系统主要包括压缩机，冷凝器，膨胀阀，和蒸发器四个部分，压缩机选用直流变频压缩机，气缸容积20.8cm³，运行频率为30Hz-120Hz，蒸发温度7.2 ℃，冷凝温度54.4 ℃，工作时压缩机根据环境工况的变化自动调节频率，从而调节制冷剂流量; 蒸发器和冷凝器为翅片铜管式，冷凝器为风冷结构; 膨胀阀与压缩机协调工作，提高控制精度，实现柔性控制。工作时制冷剂在压缩机内压缩成高温高压后流入冷凝器，随后在膨胀阀节流后进入蒸发器，最后回到压缩机，如此往复循环。

　　在膨胀阀与蒸发器之间设计了一段用透明的玻璃管连接的水平实验段，透明玻璃管内径6mm，长为500mm，管两端与铜管同心连接，连接处平滑，见图2。

　　数据采集包括图像、温度、压力、流量采集。图像采集系统主要包括照明系统和高速摄影系统。高速摄影机对光线的亮度有较高的要求，通常情况下，选用大功率的碘钨灯、荧光灯甚至激光光源当作照明光源，可以采集到较高质量的流型图像。本实验照明系统的光源使用6400K 色温的三基色光管，光线明亮无闪烁。由于两相流流型变化复杂，高速摄影系统采用瑞士Weinberger 公司研发的SpeedCamVisario 系统，其最大分辨率1536×1024，最大帧频达到10000 帧/秒，能够清晰的抓拍各种流型的瞬变图像。在图像摄取过程中由于液体和气体均是透明的，可采用逆光照明[3]，拍摄各种流态的阴影。为了使光线分布均匀，在玻璃管的后侧放置一片磨砂玻璃，如此可获得满意的拍摄图像。温度、压力、流量由另一数据采集系统采集，采集系统包括PCI4712 系列采集卡和DasView2.0 控制分析软件，温度传感器，温度变送器，整体压力变送器和整体流量变送器。温度传感器分别在压缩机出口、实验段前端、蒸发器出口三处紧贴管道外壁保温安装，温度传感器采集的温度信号通过温度变送器与计算机上的采集系统连接，最终把温度信号变为电压信号并输出。测试仪表的型号、量程及精度见表1。