小管徑分配器（圓錐式）流量分配有什麼規律？

連結上期我們分享的文章《小管徑分配器（插孔式）流量分配有什麼規律？》，今日我們來分享一下，圓錐式分配器流量分配的規律。

備註說明：具體實驗裝置、實驗步驟、資料匯出的方法、以及實驗誤差分析和重複性分析在這裡不做詳細講述，如果想要簡單瞭解，可檢視我們上期文章。

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進口乾度對分流不均勻度的影響

圖 2-14 顯示的是圓錐式分配器在不同安裝傾角下進口乾度對分流不均勻度的影響；

其中，分配器相對於豎直方向的安裝傾角根據分配器在實際空調系統中安裝情況選取為 0°~10°。透過圖 2-14 可以看出，圓錐式分配器分流不均勻度總體上隨著進口乾度的增加逐漸增大，進口乾度的增大不利於製冷劑的流量分配。

分配器安裝傾角越大，幹度對分配不均勻度的影響程度越大。對豎直安裝的分配器，x=0.17 時，在不同流量下分配不均勻度從 4.6%到 9.2%變化，x=0.3 時，分配不均勻度從 6.2%到 10.8%變化，分配不均勻度的最大變化率為 35%;對傾斜 5 度的分配器，x=0.17時，在不同流量下分配不均勻度從 6.9%到 12.5%變化，x=0.3 時，分配不均勻度從 8.7%到 14%變化，最大變化率為 26%；對傾斜 10 度安裝的分配器，x=0.17 時，分配不均勻度從 8.1%到 16.0%變化，x=0.3時，分配不均勻度變化範圍達到 12.0%到 20.3%，最大變化率達到 48%。

在 0.17-0.3 的低進口乾度範圍內，兩相工質中氣相所佔的質量分數較小，所佔的體積分數較大，例如對幹度 0.2 質量流量為 36kg/h 的兩相製冷劑 R410A,其氣相所佔的質量分數為 20%，而所佔的體積分數達到 79%。

由於各流道總體積相同，氣相的分配不均勻性也會帶來液相的分配不均勻性。氣泡運動的隨機性使其在腔體和流道中很難分配均勻：當氣泡所佔體積較小時，其帶來的分配不均勻性並不明顯；但隨著幹度增加，氣泡所佔體積分數迅速增大，較多的氣泡會佔據各出口流道絕大部分體積，從而帶來較大的分配不均勻度。

質量流量對分流不均勻度的影響

圖 2-15 所示為圓錐式分配器在不同安裝傾角下對分流不均勻度的影響；其中，分配器相對於豎直方向的安裝傾角仍然選取為 0°~10°。

透過圖 2-15 可以看出，幹度一定時，圓錐式分配器分流不均勻度總體隨著質量的增加逐漸減小，質量流量的增加有利於製冷劑的流量分配。不論是分配器豎直安裝還是傾斜安裝，質量流量對分流不均勻度的影響均很明顯。分配器安裝傾角越大，質量流量對分配不均勻度的影響範圍越大。

對豎直安裝的分配器，m=18kg/h 時，分配不均勻度從 9.2%到 10.8%變化，m=50kg/h 時，分配不均勻度從 4.6%到 6.2%變化,變工況下分配不均勻度的變化範圍從 4.6%到 10.8%;對傾斜 5 度的分配器，m=18kg/h 時，分配不均勻度從 12.5%到 14.0%變化，m=50kg/h 時，分配不均勻度從 6.9%到 8.7%變化，變工況下分配不均勻度的變化範圍從 6.9%到 14.0%；對傾斜 10 度安裝的分配器，m=18kg/h 時，分配不均勻度從 16.0%到 20.3%變化，m=50 kg/h 時，分配不均勻度變化範圍達到8.1%到 12.0%，變工況下分配不均勻度的變化範圍從8.1%到 20.3%。質量流量越大，氣液相流速越大，氣液相在圓錐式分配器混合腔中與管壁的碰撞會越劇烈，從而更易打散流體，腔體內部流型也更接近霧狀流，從而增進液相在腔體內部的分佈均勻性。

傾斜角度對分流不均勻度的影響

圖 2-16 所示為在一定的質量流量和幹度下，分配器安裝傾角對分流不均勻性的影響；其中，根據分配器在實際空調系統中安裝情況選取典型工況幹度 x=0.2，選取質量流量m=36kg/h和 50kg/h，分配器相對於豎直方向的安裝傾角選取為 0°~60°。

透過圖 2-16 可知，圓錐式分配器的分流不均勻性總體上隨安裝傾角的增大而增大，但是影響程度較小，在 0°~30°的傾角範圍內具有穩定的流量分配效能。安裝傾角從豎直增加到 10°，分配不均勻性分別從 4.8%和 6.1%增加到 8.8%和 9.8%；在安裝傾角從 10°增加30°時，分配不均勻性有微小幅度的下降，下降至 8.2%和9.2%；隨著傾角的進一步增大，不均勻性迅速增加，直至增大到 13.3%和 15.4%。圓錐式分配器流道狹窄，類似於 Y 型，其出口管之間呈一定角度有利於抵消傾角對流量分配的影響。但是，隨著安裝傾角的進一步增加，兩相流體在分配器混合腔中的相分離仍會加劇，從而造成氣液相的分佈不均，各出口分路液相分配的差異也隨之增加。

進口流型對分流不均勻度的影響

根據 Weisman 流型圖可知，純製冷劑的向上直管流型與製冷劑物性、質量流量、幹度、進口管截面積有關，圖 2-17 所示為基於 Weisman 流型圖，對試驗結果的氣相表觀質量流率 G g 和液相表觀質量流率 G l 進行了修正後得到流型匹配圖，其中小圓圈表示位於環狀流區域的工況，小三角形表示位於過渡流區域的工況。

該流型圖符合本文的純製冷劑在豎直向上直管和小傾斜角（相對於豎直方向傾斜 5°，10°）向上直管中的流型研究。表2-5 所示為圓錐式進口工況流型轉換表，表中分隔後左上方區域為間歇流，其他區域均為環狀流。由圖 2-17 和表 2-5 可知，對於純製冷劑 R410A，m=22kg/h-50kg/h 且幹度x=0.17-0.3，或者 m=18kg/h 且幹度 x=0.2-0.3 條件下，流型為環狀流；m=18kg/h，幹度 x=0.17 時，流型為間歇流。對於較高質量流量（22kg/h-50kg/h）下的兩相流體，其流型為環狀流，環狀流流動狀態穩定，氣液相的管內分佈對稱，有利於氣液相的均勻分配；對於低質量流量（m=18kg/h）、低幹度(x=0.17)下的兩相流體，由於其流型為間歇流，間歇流流動狀態不穩定且管內分佈不對稱，不利於氣液相的均勻分配。

透過前面的研究可以得知，圓錐式分配器豎直安裝或者小傾斜角安裝下，絕大部分工況（m=22kg/h-50kg/h 且幹度 x=0.17-0.3，或者 m=18kg/h 且幹度 x=0.2-0.3）條件下的進口流型均有利於氣液相的均勻分配，約佔所有工況範圍的96.7%，這與環狀流下氣液相分佈對稱有關；而低質量流量、低幹度（m=18kg/h，幹度 x=0.17）條件下的進口流型不利於氣液相的均勻分配，這些工況僅佔所有工況範圍的3.3%，這與間歇流進口流型下氣液相分佈不對稱有關。

（本文為小管徑分配器技術系列文章之二，接下來幾天，本公眾號將繼續分享有關小管徑分配器的系列文章，敬請關注。）

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