毛细管应该如何设计计算？

制冷空调换热器

空调、冰箱制冷系统中的毛细管属于膨胀装置（或叫节流装置），其作用是：降低液体制冷剂的压力和温度；调节进入蒸发器的制冷剂流量。
小型制冷装置如电冰箱、房间空调器中大多用毛细管作为节流装置。毛细管一般是铜制的，管内直径在1mm以下，连接于冷凝器与蒸发器之间。起到一个能降低压缩机送来的高压液化制冷剂的压力的作用。本文我们一起来探讨下毛细管应该如何设计。

（示意图，不对应文中任何具体信息）

一、毛细管长度尺寸初步估算公式

毛细管一般是铜制的，管内直径在1mm以下，连接于冷凝器与蒸发器之间。起到一个能降低压缩机送来的高压液化制冷剂的压力的作用。制冷系统中制冷剂流量随毛细管长度的增加而减少，随毛细管直径的增大而增加。

因此改变毛细管长度和直径，也就改变了供给蒸发器的制冷剂流量，制冷设备的工作状态将产生变化。毛细管孔径尺寸偏差0.01mm，约影响制冷剂流量2.5％～4％。孔内表面越粗糙，流阻越大，制冷剂流量将减少。

毛细管直径和长度的确定，一般应初步估算，然后通过实际空调器中运行调试，最终获得最佳尺寸。

初步估算毛细管尺寸和长度时，可应用下式：

G=5.54(ΔP/L)0.571D2.71

式中：

G-制冷剂流量（g/s）

ΔP-毛细管进、出口的压力差（Mpa）

L-毛细管长度（m）

D-毛细管内径（m）

毛细管作为节流装置的不足之处在于，它对于制冷系统工况变化适应性差，不能使各种工作状态都处于最佳。

二、毛细管的结构设计

因为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。

三、毛细管的长度和直径设计

毛细管的长度和直径都是决定制冷剂流量的重要因素。

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。

四、毛细管的长度和直径计算

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；一般设计参数见下表：

所以制冷剂的质量流量为：

Gf=制冷量/ΔHkg/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，下图是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。右图是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。右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：

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。

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。