（上海理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院制冷與低溫工程研究所 上海 200093）

變制冷劑流量制冷系統(tǒng)過熱度振蕩機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究

虞中旸 陶樂仁 王超 沈冰潔

（上海理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院制冷與低溫工程研究所 上海 200093）

本文以變制冷劑流量制冷系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置為研究對(duì)象，通過改變電子膨脹閥開度、冷凍水側(cè)加熱量和冷卻水出水溫度，對(duì)系統(tǒng)過熱度振蕩機(jī)理進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。結(jié)果表明：1）電子膨脹閥開度較小時(shí)（24.7%～25.3%），蒸發(fā)器出口過熱度振幅在1 K內(nèi)，隨著開度增大（25.6%～26.2%），振幅變大，約為3 K，當(dāng)開度為26.5%～26.8%時(shí)，振幅恢復(fù)到1 K以內(nèi)；2）傳熱機(jī)理的變化是導(dǎo)致過熱度振蕩的根本原因，影響蒸發(fā)器管內(nèi)沸騰特性的主要參數(shù)是蒸發(fā)器換熱量和質(zhì)量流量，研究過熱度振蕩時(shí)需將兩者綜合考慮；3）壓比對(duì)質(zhì)量流量的影響較大。在壓比增大初期，質(zhì)量流量逐漸增加，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大幅增加，過熱度降低；當(dāng)壓比繼續(xù)增加時(shí)，換熱機(jī)理一直在液膜對(duì)流沸騰換熱和過熱蒸氣換熱間交替，維持不變。過熱度振蕩特性在膨脹閥?蒸發(fā)器閉環(huán)控制時(shí)更為復(fù)雜，在今后的研究中需要重點(diǎn)關(guān)注。

電子膨脹閥；過熱度；系統(tǒng)振蕩

為了提高蒸發(fā)器換熱面積的利用效率，對(duì)于蒸氣壓縮式制冷循環(huán)，一般采用的方法是控制干式蒸發(fā)器出口的過熱度盡可能小。但是在實(shí)際操作過程中，過熱度過低會(huì)誘發(fā)制冷系統(tǒng)的振蕩。這一現(xiàn)象對(duì)制冷系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性有不利影響，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)此問題進(jìn)行了許多實(shí)驗(yàn)研究和理論分析。

1966年G.L.Stoecker［1］首先對(duì)膨脹閥?蒸發(fā)器控制回路穩(wěn)定性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。Z.R.Huelle［2］通過實(shí)驗(yàn)研究得出了最小穩(wěn)定信號(hào)線理論。該理論認(rèn)為，蒸發(fā)器由穩(wěn)定到產(chǎn)生振蕩時(shí)的最小過熱度不是膨脹閥而是蒸發(fā)器本身的固有特性，它與蒸發(fā)器的熱負(fù)荷有關(guān)。陳芝久等［3］也提出，系統(tǒng)穩(wěn)定性取決于過熱溫度沿管長的變化率，即負(fù)荷變化速率過快會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩。

制冷系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究主要分為三個(gè)研究階段：蒸發(fā)器完全蒸干點(diǎn)隨機(jī)振蕩現(xiàn)象的研究、蒸發(fā)器和熱力膨脹閥控制回路穩(wěn)定性研究和定容量制冷系統(tǒng)穩(wěn)定性研究。田長青等［4－6］對(duì)這三個(gè)階段的主要研究文獻(xiàn)進(jìn)行了綜述，并指出前人對(duì)定容量制冷系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究較為充分，而變?nèi)萘恐评湎到y(tǒng)穩(wěn)定性問題需要得到重點(diǎn)關(guān)注。

隨著市場對(duì)于節(jié)能及舒適性的關(guān)注，變頻壓縮機(jī)得到越來越廣泛地應(yīng)用。同時(shí)，傳統(tǒng)的節(jié)流方式如熱力膨脹閥在多變工況下性能較差，已逐漸被電子膨脹閥所取代［7－8］。在變制冷劑流量制冷循環(huán)中，變頻壓縮機(jī)和節(jié)流膨脹閥均可以對(duì)質(zhì)量流量進(jìn)行調(diào)控，各自有不同的調(diào)節(jié)規(guī)則，因此對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定性問題，變制冷劑流量制冷循環(huán)不同于定制冷劑流量制冷循環(huán)。

陶宏等［9－10］在定工況、不同壓縮機(jī)頻率下，從小到大調(diào)節(jié)膨脹閥開度，觀察膨脹閥出口和蒸發(fā)器出口流型，并結(jié)合制冷量、蒸發(fā)溫度、排氣溫度、吸氣溫度的變化圖，得出當(dāng)蒸發(fā)器出口流型變化時(shí)制冷量最大，膨脹閥出口流型變化時(shí)制冷循環(huán)會(huì)周期性振蕩。王海濤等［11］研究了太陽能熱泵系統(tǒng)中電子膨脹閥對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，得出結(jié)論：電子膨脹閥開度一定時(shí)，壓縮機(jī)功率隨著太陽能輻照度的升高而發(fā)生振蕩。對(duì)于變制冷劑流量制冷系統(tǒng)振蕩時(shí)系統(tǒng)各參數(shù)的變化，相關(guān)研究已經(jīng)很多［12－14］，但是并未闡明在電子膨脹閥或蒸發(fā)器中發(fā)生了怎樣的變化使得系統(tǒng)各參數(shù)產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象。

W.Y.Chen等［15］采用R12制冷劑、活塞式壓縮機(jī)和電子膨脹閥的系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并得出結(jié)論：最小穩(wěn)定信號(hào)線的存在是由于蒸發(fā)管內(nèi)流型及傳熱機(jī)理的變化。Y.J.Shang等［16］對(duì)變頻壓縮制冷系統(tǒng)的最小過熱度線進(jìn)行了模擬和實(shí)驗(yàn)。文中指出，雖然最小過熱度線是蒸發(fā)器的固有特性，但是振蕩時(shí)的振幅和頻率會(huì)受到其他控制元件的影響而改變。以上研究主要針對(duì)于蒸發(fā)器冷負(fù)荷的影響，而并未考慮制冷劑質(zhì)量流量與過熱度振蕩機(jī)理的關(guān)系。

綜上所述，對(duì)于變制冷劑流量制冷系統(tǒng)的過熱度振蕩機(jī)理，相關(guān)研究并不完善。因此本文針對(duì)主要影響過熱度變化的幾個(gè)因素設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，研究變制冷劑流量制冷系統(tǒng)中蒸發(fā)器過熱度振蕩的現(xiàn)象與機(jī)理。

1 實(shí)驗(yàn)原理及方法

1.1實(shí)驗(yàn)裝置簡介

變流量制冷系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置原理如圖1所示，總體結(jié)構(gòu)與一臺(tái)小型變頻水冷冷水機(jī)組相似。

壓縮機(jī)1選用變頻滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)，自帶氣液分離器。理論排量10.2 mL，頻率可調(diào)范圍為16.6 ～120 Hz。壓縮機(jī)由一臺(tái)通用型變頻器驅(qū)動(dòng)，其工作頻率可以通過手動(dòng)設(shè)定，制冷劑為R32。采用科氏力流量計(jì)測量制冷劑流量，精度為±0.1%。流量計(jì)前安裝過冷器，控制制冷劑的過冷度。采用內(nèi)置式鉑電阻測量蒸發(fā)器出口溫度，溫度偏差為±0.15℃ ＋0.002 t （t為測量溫度，℃）。蒸發(fā)器8為BL26?20型板式換熱器。為了便于觀察蒸發(fā)器出口制冷劑的流型，蒸發(fā)器出口連接可視管2。用對(duì)夾法蘭夾緊石英玻璃管，端面采用四氟乙烯墊片密封。石英管尺寸為Φ22 mm×7 mm，長度為80 mm。實(shí)驗(yàn)裝置中的水系統(tǒng)采用加熱循環(huán)水來保持水溫。為了穩(wěn)定控制水箱溫度，根據(jù)出水溫度，采用電加熱器提供補(bǔ)償性自動(dòng)調(diào)節(jié)，也可以設(shè)置固定的電加熱功率。補(bǔ)償電加熱器的滿功率為4.5 kW。電子膨脹閥6為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的直動(dòng)式電子膨脹閥，通過手動(dòng)調(diào)節(jié)控制器改變其開度。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置原理圖Fig.1 Experimental installation schematic diagram

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

為了研究系統(tǒng)質(zhì)量流量、熱負(fù)荷和壓比對(duì)變流量制冷系統(tǒng)過熱度振蕩的影響，進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)：

初始設(shè)定壓縮機(jī)頻率60 Hz不變，保持冷卻水出口溫度為40℃。為方便控制，以電加熱器滿功率（4.5 kW）的百分比來控制冷凍水加熱量。起始冷凍水加熱比為75%。調(diào)節(jié)電子膨脹閥開度，保證系統(tǒng)在較高過熱度下穩(wěn)定運(yùn)行60 min。之后進(jìn)行三組實(shí)驗(yàn)，分別改變電子膨脹閥開度、冷凍水加熱量和冷卻水出水溫度，使過熱度逐漸減小，并觀察蒸發(fā)器出口可視管2內(nèi)流型。

在三組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中，每次改變變量值后，均須使系統(tǒng)運(yùn)行60 min后記錄數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1.3 計(jì)算公式

實(shí)驗(yàn)測量下列參數(shù)：冷卻水出水溫度Tw，o，壓縮機(jī)排氣壓力pd，蒸發(fā)器出口壓力pe和吸氣溫度Te，冷凝器出口壓力pc，膨脹閥前溫度Tv，制冷劑質(zhì)量流量qm。通過Refprop9.0物性軟件可以得到蒸發(fā)器出口焓值he，蒸發(fā)器出口壓力pe下的制冷劑飽和溫度Te，sat，膨脹閥前焓值hv。由測量值可以根據(jù)下列公式計(jì)算，得到所需參數(shù)。需要說明的是，由于在實(shí)驗(yàn)工況下，壓縮機(jī)吸氣管內(nèi)制冷劑狀態(tài)基本處于過熱態(tài)，且蒸發(fā)器出口過熱度接近0 K時(shí)，壓縮機(jī)吸氣帶液較少，所攜帶的潤滑油不多，因此潤滑油對(duì)制冷量影響不大。

蒸發(fā)器出口過熱度：

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 完全蒸干點(diǎn)在蒸發(fā)器中振蕩引起的隨機(jī)波動(dòng)

保持冷凍水／冷卻水出水溫度12℃／40℃，壓縮機(jī)頻率60 Hz，從小到大逐漸調(diào)節(jié)膨脹閥開度，使過熱度從10 K降低到0 K并記錄數(shù)據(jù)。

由圖2可知，制冷量存在最大值，對(duì)應(yīng)的閥開度為30%。觀察蒸發(fā)器出口，發(fā)現(xiàn)流型為過熱蒸氣流和霧狀流以秒級(jí)交替出現(xiàn)。此時(shí)蒸發(fā)器換熱面積得到充分利用，因此制冷量最大。由圖3可知，過熱度以分鐘級(jí)周期波動(dòng)，蒸發(fā)溫度在此時(shí)以秒級(jí)隨機(jī)波動(dòng)。這也驗(yàn)證了Z.R.Huelle［17］的結(jié)論，即當(dāng)完全蒸干點(diǎn)隨著逐漸變小的過熱度出現(xiàn)在蒸發(fā)器出口時(shí)，管壁溫度由于流型的交替劇烈變化，引起系統(tǒng)參數(shù)波動(dòng)。

圖2 不同閥開度下的制冷量Fig.2 The refrigerating capacity at different valve opening

圖3 閥開度30%時(shí)過熱度和蒸發(fā)溫度的振蕩Fig.3 The hunting of superheated temperature and evaporation temperature at 30%valve opening

圖4 不同膨脹閥開度下的過熱度振蕩趨勢Fig.4 The hunting tendency of superheated temperature at different valve opening

2.2 變膨脹閥開度對(duì)穩(wěn)定性的影響

由圖4可知，過熱度在4 K附近開始振蕩。隨著膨脹閥開度的增大，過熱度總體趨勢是下降的。在開度較小時(shí)（24.7% ～25.3%），過熱度的振蕩較為隨機(jī)，且振幅不大，保持在1 K以內(nèi)，此時(shí)觀察流型，可以看到油膜呈波形環(huán)狀貼著玻璃管內(nèi)壁流動(dòng)，中間為氣態(tài)制冷劑；當(dāng)開度逐漸增大時(shí)（25.6% ～26.2%），過熱度開始以秒級(jí)周期振蕩，振幅也逐漸加大，在26.2%開度時(shí)，振幅甚至大于2 K，此時(shí)流型多為過熱蒸氣流，但會(huì)與霧狀流交替出現(xiàn)，交替周期為分鐘級(jí)別；開度繼續(xù)加大時(shí)（26.5% ～26.8%），振蕩周期依然保持秒級(jí)別，但是振幅開始逐漸減小，此時(shí)系統(tǒng)過熱度接近0 K，流型為氣液兩相流和霧狀流交替出現(xiàn)。隨后進(jìn)入吸氣帶液階段，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。

由圖5可知，膨脹閥開度對(duì)質(zhì)量流量影響很大，質(zhì)量流量隨著膨脹閥開度的增加而增加。而且在各個(gè)開度下，質(zhì)量流量的振蕩周期均為分鐘級(jí)別。

圖5 不同膨脹閥開度下的質(zhì)量流量振蕩趨勢Fig.5 The hunting tendency of mass flow at different valve opening

實(shí)驗(yàn)1中，水側(cè)加熱量設(shè)定不變，且水流量也不變，因此由圖6可知，制冷劑側(cè)制冷量雖然也有振蕩，但是振幅不大，約±80 W。值得注意的是，制冷量的振幅變化與過熱度的振幅變化相似，在24.7%～25.3%開度時(shí)振幅較小，在25.6%～26.2%開度時(shí)振幅逐漸增大，在26.5% ～26.8%開度時(shí)振幅減小。為了更加清楚的對(duì)比制冷量和過熱度的振蕩周期，選取振蕩最劇烈的閥開度（26.2%），時(shí)間為6 600～7 200 s，結(jié)果如圖7所示。從圖中可以看到，制冷量和過熱度的振蕩周期基本一致。

圖6 不同膨脹閥開度下的制冷量振蕩趨勢Fig.6 The hunting tendency of refrigerating capacity at different valve opening

圖7閥開度26.2%時(shí)過熱度和制冷量振蕩趨勢Fig.7 The hunting tendency of superheated temperature and refrigerating capacity at 26.2%valve opening

結(jié)合圖4～圖7可以看出，與制冷劑質(zhì)量流量相比，制冷量的振蕩趨勢與過熱度的振蕩趨勢更相近。這是因?yàn)樵谒畟?cè)加熱量不變的情況下，水與制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)的換熱機(jī)理變化是引起過熱度振蕩的關(guān)鍵因素。在剛開始振蕩階段（24.7% ～25.3%），油膜的波動(dòng)對(duì)蒸發(fā)器中的換熱有影響［18］，但引起的振蕩并不大，這是因?yàn)榇藭r(shí)蒸發(fā)器出口制冷劑依然是過熱蒸氣。隨著膨脹閥開度的增大（25.6% ～25.9%），進(jìn)入蒸發(fā)器的液態(tài)制冷劑增多，蒸發(fā)器出口的換熱狀態(tài)從原來的單相強(qiáng)制對(duì)流換熱轉(zhuǎn)變到液膜對(duì)流沸騰換熱，霧狀流的出現(xiàn)可以證實(shí)這一點(diǎn)。此時(shí)制冷量和過熱度開始發(fā)生振蕩。當(dāng)處于液膜對(duì)流沸騰換熱時(shí)，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較高，水側(cè)與制冷劑側(cè)的溫差將變小，過熱度急劇下降。此時(shí)制冷劑側(cè)的蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)壓力略微上升，導(dǎo)致節(jié)流閥前后壓差減小，質(zhì)量流量降低，進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑變少，換熱機(jī)制又回到單相強(qiáng)制對(duì)流換熱，流型變?yōu)檫^熱蒸氣流，這也是此時(shí)流型和質(zhì)量流量的振蕩周期均為分鐘級(jí)的原因。之后膨脹閥開度繼續(xù)增大（25.9% ～26.2%），蒸發(fā)器中液相長度逐漸增大，換熱機(jī)制處于液膜對(duì)流沸騰的時(shí)間增多，此時(shí)質(zhì)量流量略有減少，蒸發(fā)器出口再次變?yōu)檫^熱蒸氣換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大幅下降，因此在這一階段過熱度振幅變大，周期縮短。當(dāng)膨脹閥處于較大開度時(shí)（26.5% ～26.8%），流型主要為氣液兩相流，即使質(zhì)量流量減小，表面液膜也不會(huì)全部蒸干，因此振蕩幅度減小。

綜上所述：換熱機(jī)理的變化是導(dǎo)致過熱度振蕩的根本原因，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的劇烈變化引起了制冷量的變化，其與換熱機(jī)理有著緊密聯(lián)系，通過制冷量的振幅和周期變化可很好體現(xiàn)換熱機(jī)理的變化。

2.3變水側(cè)加熱量對(duì)穩(wěn)定性的影響

實(shí)驗(yàn)2中，膨脹閥開度和壓縮機(jī)頻率設(shè)定保持不變，同時(shí)改變水側(cè)加熱量。理論上，質(zhì)量流量應(yīng)在某一范圍內(nèi)振蕩。但由圖9可知，質(zhì)量流量隨著加熱量的降低而降低，原因在于冷凍水入口溫度下降，導(dǎo)致整體水溫降低。為了保持溫差，蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)壓力將會(huì)降低，使得壓比升高，如圖10所示。雖然壓比增大會(huì)增大質(zhì)量流量，但是對(duì)于頻率f不變的壓縮機(jī)而言，每轉(zhuǎn)的排氣量V一定，因此所需的制冷劑體積流量是一定的。當(dāng)蒸發(fā)壓力降低時(shí)，制冷劑比體積v增大，導(dǎo)致通過質(zhì)量流量qm降低來平衡這一變化。如式（4）所示。所以，當(dāng)水側(cè)加熱量下降時(shí)，蒸發(fā)壓力降低的效果比壓比增大的效果強(qiáng)，導(dǎo)致壓比增大，質(zhì)量流量降低。

圖8 不同水側(cè)加熱量下的過熱度振蕩趨勢Fig.8 The hunting tendency of superheated temperature at different heat capacity quantity of water side

圖9 不同水側(cè)加熱量下的質(zhì)量流量振蕩趨勢Fig.9 The hunting tendency of mass flow at different heat capacity quantity of water side

圖10 不同水側(cè)加熱量下的壓比振蕩趨勢Fig.10 The hunting tendency of pressure ratio at different heat capacity quantity of water side

圖11 不同水側(cè)加熱量下的制冷量振蕩趨勢Fig.11 The hunting tendency of refrigerating capacity at different heat capacity quantity of water side

由圖11可知，隨著水側(cè)加熱量的降低，冷凍水入口溫度降低，水與制冷劑的溫差減小，制冷量和過熱度因此降低。在加熱量變化較小時(shí)（75% ～74%），管中流型狀態(tài)依然是過熱蒸氣流，過熱度振蕩較小，其原因如前所述，可能是油膜密度的波動(dòng)引起的；隨著加熱量繼續(xù)減?。?3% ～70%），能夠加熱的液體制冷量減少，而此時(shí)質(zhì)量流量由于蒸發(fā)壓力的下降而同時(shí)減少，但是加熱量的減小量更大，因此總的效果反而是使蒸發(fā)器中的換熱在單相強(qiáng)制對(duì)流換熱與核態(tài)沸騰換熱間交替，而兩者交替的原因如實(shí)驗(yàn)1中所述。與圖8對(duì)比可以看出，制冷量的振蕩周期和幅度變化與過熱度的振蕩趨勢相似，因此驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)1的結(jié)論。影響管內(nèi)沸騰特性的主要參數(shù)是加熱量和質(zhì)量流量，單看其中任何一個(gè)的變化都不能準(zhǔn)確的預(yù)測出過熱度的振蕩特征，因此在今后研究過熱度振蕩時(shí)，需要將兩者綜合考慮。

2.4變冷卻水出水溫度對(duì)穩(wěn)定性的影響

由圖12中可知，冷卻水出水溫度從35℃調(diào)到37℃時(shí)，過熱度出現(xiàn)大幅的下降，說明冷卻水出水溫度為35℃時(shí)，過熱度正好處于最小過熱度線上。在冷卻水出水溫度從37℃調(diào)到41℃過程中，過熱度振幅逐漸增大，振蕩周期也逐漸變短。然而，當(dāng)冷卻水出水溫度從41℃調(diào)到45℃時(shí)，過熱度的振幅和振蕩周期基本不變。由于冷卻水出水溫度在45℃時(shí)，冷凝壓力已接近管路能夠承受的壓力極限，出于安全考慮，實(shí)驗(yàn)沒有繼續(xù)增加出水溫度。

圖12 不同冷卻水出水溫度下的過熱度振蕩趨勢Fig.12 The hunting tendency of superheated temperature at different outlet temperature of cooling water

由圖13可知，壓比對(duì)于質(zhì)量流量的影響很大。隨著壓比的梯階增加，質(zhì)量流量也呈現(xiàn)出梯階增大，由于實(shí)驗(yàn)3設(shè)置加熱量不變，因此表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)隨質(zhì)量流量的增加而增加，過熱度振蕩的特性和原因與實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)2相同。

由圖14可知，壓比受冷卻水水溫的影響較大，每次調(diào)整冷卻水水溫都使壓比有較大的變化，但在穩(wěn)定時(shí)壓比的振幅很小。冷凝壓力的上升也引起蒸發(fā)溫度的上升，但是后者的增加量小于前者，所以壓比增大。結(jié)合圖12可知，壓比在剛開始增加時(shí)（3 600～5 400 s），質(zhì)量流量逐漸增加，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大幅增加，過熱度降低；當(dāng)壓比繼續(xù)增加時(shí)（5 400～7 200 s），換熱機(jī)理一直在液膜對(duì)流沸騰和過熱蒸氣換熱間交替，維持不變。

圖13 不同冷卻水出水溫度下的質(zhì)量流量振蕩趨勢Fig.13 The hunting tendency of mass flow at different outlet temperature of cooling water

圖14 不同冷卻水出水溫度下的壓比振蕩趨勢Fig.14 The hunting tendency of pressure ratio at different outlet temperature of cooling water

3 結(jié)論

本文通過變流量制冷系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置，在壓縮機(jī)頻率不變的情況下，分別改變電子膨脹閥開度、冷凍水側(cè)加熱量和冷卻水出水溫度，探討了制冷劑質(zhì)量流量、蒸發(fā)器加熱量和系統(tǒng)壓比與過熱度振蕩機(jī)理之間的關(guān)系。分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以得到以下結(jié)論：

1）蒸發(fā)器完全蒸干點(diǎn)在蒸發(fā)器出口隨機(jī)振蕩時(shí)，出口流型為過熱蒸氣流和霧狀流以秒級(jí)交替出現(xiàn)，此時(shí)制冷量最大。

2）電子膨脹閥開度較小時(shí)（24.7%～25.3%），蒸發(fā)器出口過熱度振幅較小，在1 K范圍內(nèi)；隨著膨脹閥開度增大（25.6%～26.2%），振幅變?yōu)? K左右；當(dāng)開度為26.5%～26.8%時(shí)，振幅恢復(fù)到1 K以內(nèi)。

3）換熱機(jī)理的變化是導(dǎo)致過熱度振蕩的根本原因，通過制冷量的振幅和周期變化可以很好體現(xiàn)換熱機(jī)理的變化。而影響管內(nèi)沸騰特性的主要參數(shù)是蒸發(fā)器加熱量和質(zhì)量流量，單看加熱量或者質(zhì)量流量的增大或減小不能準(zhǔn)確預(yù)測過熱度的振蕩特征，因此在之后的過熱度振蕩研究中，需要將兩者綜合考慮。

4）壓比對(duì)于質(zhì)量流量的影響較大。在壓比增大初期（3 600～5 400 s），質(zhì)量流量逐漸增加，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大幅增加，過熱度降低；當(dāng)壓比繼續(xù)增加時(shí)（5 400～7 200 s），換熱機(jī)理一直在液膜對(duì)流沸騰換熱和過熱蒸氣換熱間交替，維持不變。

對(duì)于其他變制冷劑流量的蒸氣壓縮式制冷循環(huán)，如汽車空調(diào)等，上述規(guī)律依然適用。系統(tǒng)質(zhì)量流量、熱負(fù)荷和系統(tǒng)壓比在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)需著重考慮。本文研究的是開環(huán)控制下的過熱度振蕩問題，對(duì)于膨脹閥與蒸發(fā)器閉環(huán)控制，過熱度振蕩特性更為復(fù)雜，這在今后的研究中需要重點(diǎn)關(guān)注。

本文受上海市動(dòng)力工程多相流動(dòng)與傳熱重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（1N?15?301?101）資助。（The project was supported by the Key Laboratory of Multiphase Flow and Heat Transfer in Shanghai Power Engineering（NO.1N?15?301?101）.）

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Experiment on Hunting Mechanism of Superheated Temperature of a Variable
Refrigerant Volume Refrigeration System

Yu Zhongyang Tao Leren Wang Chao Sheng Bingjie

（Institute of Refrigeration and Cryogenics，School of Energy and Power Engineering，University of Shanghai for Sci?ence and Technology，Shanghai，200093，China）

To experimentally investigate the hunting mechanism of superheated temperature of a variable refrigerant volume refrigeration system，the opening of electronic expansion valve，the capacity of chilled water and the outlet temperature of cooling water are changed. The results show that when the opening of electronic expansion valve is at 24.7%－25.3%，the humting amplitude of superheated tem?perature is less than 1 K.With the opening increasing（25.6%－26.2%），the humting amplitude is about 3 K.When the opening is at 26.5% －26.8%，the amplitude goes back to less than 1 K.Moreover，the change of heat transfer in evaporator is the primary cause to hunting of superheated temperature，and heating load and refrigerant mass flow are the important parameters for in?tube boiling heat trans?fer，and both of them should be considered in the investigation for hunting of superheated temperature.In addition，pressure ratio has greater effect on refrigerant mass flow.When the system is at the first stage of increasing pressure ratio，the mass flow rate of refrigerant also increases，and the surface coefficient of heat transfer sharply increases while superheated temperature decreases.When the pressure ratio is sequentially increasing，the mechanism of heat transfer keeps alternation between convective boiling of liquid film and heat transfer of superheated vapor.The mechanism of hunting of superheated temperature for closed?loop control of expansion valve?evaporator is more complicated，which should be focused in later research.

electronic expansion valve；superheated temperature；hunting

TB657.5；TK124< class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

A

0253－4339（2017）01－0100－08

10.3969／j.issn.0253－4339.2017.01.100

2016年4月5日

陶樂仁，男，教授，上海理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，制冷與低溫工程研究所，13916356948，E?mail：cryo307＠usst.edu.cn。研究方向：低溫制冷系統(tǒng)，低溫生物醫(yī)學(xué)技術(shù)。

About the corresponding author

Tao Leren，male，professor，Institute of Refrigeration and Cryo?genics，School of Energy and Power Engineering，University of Shanghai for Science and Technology， ＋86 13916356948，E?mall：cryo307＠usst.edu.cn.Research fields：low temperature refrigeration system，cryobio?medical technology.