【精品】毛细管的结构设计与长度的计算方法

今天简单介绍一下毛细管长度的估算方法：

一、毛细管的结构设计：

制冷设备的结构有多种多样，而用户对不同制冷设备的要求也不一样，所以在毛细管的结构设计上也有所不同。

1．单根毛细管

对于一般的冰箱或单冷型的空调，只需单根毛细管来节流即可，不过对于这根毛细管是盘成卷还是长条放置要看制冷设备的结构，家用冰箱冷凝器蒸发器比较近，一般盘起来，一些商用风冷冷柜冷凝器蒸发器离得较远，一般是成条埋在发泡层。

2．单根毛细管带单向阀

这种一般用在调热泵，因为制冷，制热所需的毛细管长度不一样，所以分成制冷，制热两组毛细管，当某根毛细管不使用时，通过单向阀来短路这根毛细管，这种结构需要两个单向阀，但设计简单且互不干扰，特别适用于长连管分体空调。

3．双根毛细管组合

对于热泵型家用空调，有时因为毛细管不能放在室内机（怕噪音太大），一根毛细管用于制冷，制热时再加一根毛细管，这根毛细管在制冷循环时用单向阀来短路。

4．多根毛细管

当蒸发器比较大时，如果流程过长，在设计上需要分路，也可用毛细管来节流兼分配，这时对分配头要求也没有专用分配管那么严格，因为毛细管本身因为节流作用可以调节而避免分配不均的问题。这种结构一般只用在单冷系统。

二、毛细管的长度和直径估算

1、经验公式：

毛细管的长度和直径都是决定制冷剂流量的重要因素，有实验指出，在同样工况同样流量的条件下，毛细管的阻力和长度都近似与其内径的4.6 次方成正比。

F1/F2=（D1/D2）^4.6

L1/L2=（D1/D2）^4.6

对于毛细管直径，现在主要是用ID：0.4—2.5mm，在一些大的系统中，也会有用ID6 的铜管作为分配管，虽然也要考虑制冷剂在管路的压降问题，但这类系统的节流主要还是在膨胀阀上，分配管上的只能算是压力损失。

2、毛细管长度极限值：

还有毛细管生产公司研究了冰箱系统使用的毛细管，结果表明，当长度超过一定值时“L”，将不对流量再产生影响，其实是当毛细管入口压力一定时，当制冷剂在毛细管内的流速超过临界速度时，毛细管出口压力不再对制冷剂流量产生影响；

3、毛细管长度最短值：

而当毛细过小于一定值时“S”，毛细管的管长也不会对流量产生影响，而主要是管径的变化影响制冷剂流量，这时毛细管相当于孔板节流。

而介于“L”点和“S”之间的长度为1.5-5 米(5-16FT)。该公司还针对制冷系统常用的毛细管内径，经过测试，制作了一个不同直径的长度换算表（见下表）：

可以根据需要选择不同直径和不同长度，使用方法如下：

1）．如现有一个内径和长度的毛细管，要换成另外一个内径和长度，那么先在左边的Tube I.D.列中找出原来的内径；

2）．在表中第二行找到要换成的内径（如果没有可以用插值法），向下垂直找到和原来的内径水平方向在表中的交点，就是换算系数；

3）．用原来的长度乘以换算系数就是要换成的长度。

三、毛细管长度的选择计算：

毛细管长度的选择首先肯定要知道制冷剂的质量流量，所以要知道 制冷量，蒸发温度，冷凝温度，过冷度，过热度 等参数；

对于风冷冷风型的空调来说，一般设计参数都差不多，见下表：

所以制冷剂的质量流量为：

Gf=制冷量/ΔH kg/s

对于毛细管长度的确定现在多用 曲线比对 法：

“先选择一个尺寸的毛细管作为标准毛细管，在一系列常用条件下做实验画出一系列曲线，当要确定某一条件下的毛细管时，用该条件下的已知条件和标准毛细管对比，然后确定所需毛细管尺寸 ”。

这里介绍Hopkins(1950)开发的确定毛细管尺寸的一种方法，但只有R12和R22两种制冷剂：

下图给出的就是上述介绍的方法：

左图： 标准毛细管在不同冷凝温度和过冷度时的曲线，这个图只适用于毛细管出口压力大于蒸发压力的条件，前面已经说了，现在商用和家用制冷系统都是毛细管出口压力大于蒸发压力的，因为这样毛细管的流量和蒸发压力是没有太大关系的。

右图： 基于标准毛细管的各种毛细管的尺寸。

确定所需毛细管的尺寸步骤如下：

1）．通过已知条件，如制冷量，蒸发压力，冷凝压力，过冷度，过热度等计算出制冷剂的质量流量G；

2）．利用左图查出标准流量 Ga，然后计算相对流量系数φ1=G/Ga；

3）．利用右图查出所需毛细管尺寸。

这里一直提到临界压力的问题，为了对临界压力有一个直观的理解，这里介绍一种查找临界压力的方法。

下表给出了毛细管的不同进口条件下不同长径比λ的临界压力：

查找方法如下：

1）．用已知的冷凝压力和过冷度确定A点；

2）．划一横线到标准毛细管的长径比B点（λ=2030/1.625=1252）；

3）．再划一竖线，按照和实际毛细管的长径比的交点在纵坐标找到对应的临界压力；

从图中的示例可以看出，对于空调，根据冷凝压力和过冷度可以看出，一般都在7bar以上，都比蒸发温度5-6bar 高，对于冰箱，也可以得出相同的结论。

因此，在确定毛细管长度时，主要是考虑冷凝压力和过冷度。

附：

在ASHRAE的手册，介绍了Wolf et al.(1995)重新开发的曲线，这些曲线的使用方法和上面的类似，但误差比上面的会小些，使用的前提条件是绝热毛细管，毛细管的出口压力大于蒸发压力，这些曲线也是通过标准毛细管曲线来确定所需毛细管的尺寸和流量，而且这些曲线都是现在常用的制冷剂，如R22，R134a，R410A等。

和上面的方法有点不一样的是，对于 R22，R410A，当毛细管进口是两相时，流量系数图不和单相的共用一张，而有自己的流量系数图。而R134a 当进口是两相时，实际流量需乘以0.95 这个调整系数，对于其他的具体步骤同上。

从这两种方法，我们可以看出，当流量系数一样时，对应的毛细管尺寸有几种，这也就是说，当流量系数一样时，不同毛细管尺寸之间可以互换。

四、毛细管软件下载：

案例一：家用冰箱毛细管的计算；

设计一套90W制冷量的家用冰箱，制冷剂采用R600a，冰箱周围环境温度为32℃，相对湿度为75%；

根据国标，我们选择冷凝温度为54.4℃，过冷度选择30℃，蒸发温度为-23.3℃，回气去温度5℃，毛细管我们选用常见内径0.66mm的，将已知条件输入我们的excel计算小程序，得到以下计算结果。

毛细管长度初选约为0.8m。

案例二：家用除湿机毛细管的计算；

为1HP的家用除湿机选择合适的毛细管，制冷剂采用R410A，制冷量为2450W。

根据国标，我们选择冷凝温度为54.4℃，过冷度选择15℃，蒸发温度为7.2℃，回气过热度8℃，毛细管我们选用常见内径1.0-1.4mm的，将已知条件输入我们的excel计算小程序，得到以下计算结果。

内径1.2mm毛细管计算数据：

内径1.4mm毛细管计算数据：

通过以上的预计算，我们可以初选毛细管规格为：

内径φ1.2mm；长度600mm；

内径φ1.4mm；长度1200mm；

待测试机成品后，我们根据实际调试的结果，来更改毛细管的长度，最终得到毛细管的合适长度。