毛细管的节流特性及6大设计参数

毛细管是制冷设备一个重要的部件，管径小，一般指内径为 0.4~2.0mm 的细长铜管。它没有运动部件，在制冷系统中可产生预定的压力降。应用在空调器上就是空调毛细管，也可以应用到电冰箱、冷冻柜、小型冷库等小型制冷设备。

（示意图，不对应文中任何产品信息）

 一：毛细管的节流特性 

毛细管节流是利用制冷剂在细长管内流动的阻力而实现的。按使用情况，毛细管可以是有热交换和无热交换的，故制冷剂流经毛细管的过程可以典型化为绝热膨胀过程和有热交换的膨胀过程。目前很多公司都采用绝热膨胀的方式。

制冷剂在毛细管中的流动状态，沿管长方向的压力和温度变化，如下图所示。

1 ）过冷区

从冷凝器流出的液体制冷剂以过冷状态 1 点进入毛细管内流动，并随着压力的降低液体过冷度不断减小，直至变为饱和液体，即理论闪点 2 点，此段制冷剂状态为单相液体。在这一段中制冷剂在管内为绝热流动，同时因流速不变，其管内液体部分的压力降是一条直线。

2）亚稳区

即从毛细管内流动的制冷剂的理论闪点 2 点到达到饱和湿蒸汽点 3 点。通过对毛细管的机理研究，由于毛细管直径很小，制冷剂的流速较大，通常情况下，会出现亚稳定状态的液体——过热液体的存在，使得闪点的温度和压力并不对应，一般闪点延迟 3℃ 左右。

3）两相区

从 3 点开始制冷剂为汽液两相流动，随着压力的降低，温度也降低，压力和温度曲线重合。毛细管内汽液两相混合物也是一种可压缩流体，当毛细管的进口压力保持不变，制冷剂的质量流量将不会随出口压力减小而无限增大，而是达到某一值后，就不受出口压力的影响而保持不变，也会出现临界流现象，也就是说，通过毛细管的流量，是随毛细管进口压力的增加而增加，而毛细管出口压力降低时流量也会增加，但出口压力降低到临界压力以下，流量就不再增加，即出现临界流现象，这也是用毛细管来控制流量的重要待征。

 二：毛细管的6大设计参数 

制冷系统是一个动态系统，毛细管的供液量受整个系统的影响。归结起来，主要因素有 6 个，这也是影响毛细管的设计参数：    

1 ）   毛细管前制冷剂状态    

毛细管前制冷剂状态主要是压力 Pk 和温度 tk ，如下图，毛细管入口处制冷剂状态是不定的，受 tk 的影响， 1 是气液两相不饱和点， 2 是饱和点， 3 是过冷点。随着 Pk 的变化，毛细管入口处状态要发生变化。

2） 毛细管几何尺寸    

毛细管几何尺寸包括内径 D 、长度 L 和管内壁粗糙度 e 。毛细管内径 D 越大，长度 L 越短，粗糙度越小，制冷剂在管内的流动阻力力就小，供液量就大。反之，供液量就小。

3） 热交换的影响   

为了使毛细管中的制冷剂过冷，提高制冷系统的热效率，毛细管一般焊入回气管内或附着于回气管表面。通常，毛细管内制冷剂与回气管表面存在着温度差△ t 。△ t 使制冷剂温度降低，过冷度增加，管中制冷剂流速受影响，从而影响供液量。，与绝热情况相比，出口温度和干度都降低，如下图。

                  图  在相同流量下，△ t 与毛细管长度的关系

图 热交换对毛细管流动的影响， 与绝热情况相比，出口温度和干度都降低

4） 毛细管出口压力Pe。   

制冷剂在毛细管出口处形成喷射。气体动力学指出，出口处截面的压力 P 将随着蒸发器内压力 Pe 的降低而降低，随着 P 的降低，喷射速度将增加，当增加到当地的音速时， P 不再降低，始终等于临界压力 P 临。因此，随着毛细管增长，压力和流量都要减小，当增长到一定的长度时，压力和流量不再随毛细管增长而变化。这就是所谓的扼流现象。

5) 制冷剂含油量

制冷剂含油影响毛细管流量的原因有两个方面：

(A) 油的粘度远远高于制冷剂的粘度，制冷剂中含少量油会增加混合物的粘度及相应的流动阻力，使得流量减小；

(B) 油的表面张力高于制冷剂的表面张力，制冷剂中含油会使混合物的表面张力增大，从而使气化欠压增大，气化延迟，毛细管中的液体段增长，使得两相段的加速压降减小，从而增加毛细管的流量。这两个方面中第一个方面占优，则流量减小，第二个方面占优，则流量增大。至于哪个方面占优，则取决于入口的过冷度，如果过冷度小，则液体段短，两相段长，加速压降成为总压降的主要部分，则制冷剂中含少量润滑油增大制冷剂的流量。相反，如果过冷度大，则液体段长，两相段短，摩阻压降成为总压降的主要部分，则制冷剂中含少量润滑油会减少制冷剂的流量。

有实验分析的曲线，随着油的质量分数的增加，制冷剂流量减小，气化欠压降低，气化点位置后移，当含油量从 0 增加到 5 ％时，制冷剂流量降低了 4 ％，结果说明混合物粘度变化的影响超过了表面张力变化的影响。下图是三种含油浓度下沿毛细管的压力分布。在液体段，含油量为 9.3 ％时压力降低比含油量为 4 . 5 ％的压力降低快，二者又都比含油量为 0 . 54 ％时快，到两相段，则正好相反。这证实了前面的分析。

图 沿毛细管长度的压力分布

6） 冷剂种类的影响

使用不同的制冷剂，在不改变系统的整体结构的基础上，毛细管需做一些改动。改动的长度与制冷剂的物性有密切的联系。总的说来，单位质量制冷量大的工质，所需的制冷剂流量就要小，而减小制冷剂的循环流量一般都是通过减少制冷剂的充注量和增长毛细管长度来实现的。如使用 R134a 的容量流量仅为 R12 的容积流量的 80 ％，因此使用 R134a 的毛细管阻力比 R12 时要大，对相同管径的毛细管要加长 10 ％～ 20 ％。