【正文】 動(dòng)量方程：一 dp： m2d + 1m dl (1)(2)(3) 式中： m為質(zhì)量流速， kg／ (m2 1． 2 模型的離散 方程的離散采用有限差分方法，將制冷劑在毛細(xì)管內(nèi)的流動(dòng)沿管長(zhǎng)劃分若干微元，則對(duì)其中的某一微元有： ml= m2 (4)hl+ 百 1m2I2： h2+ 百 1m22 (5)p— p =m2( 一 。 1． 2． 1 過(guò)冷單相區(qū) 過(guò)冷液體可視作不可壓縮，比容、焓、過(guò)冷區(qū)溫度和摩阻系數(shù)均不變。SC 一 2 一 (、 7， )， I|L J SC／ 3SC 式中： Ap 為過(guò)冷區(qū)的壓強(qiáng)差。一 P2 一 mz(／ 32一 。 (9) 對(duì)于氣液兩相區(qū)，比焓 h 和比容 的計(jì)算為： h =xh +(1 一 )hs (1O)= +(1 一 ) (11) 焦作大學(xué)機(jī)電工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) vi 式中： 為干度；下標(biāo) g、 f、 StY、 tp分別表示氣相、液相、過(guò)冷區(qū)、兩相區(qū)。 1． 3 沿程摩阻系數(shù)與粘度計(jì)算 關(guān)于毛細(xì)管內(nèi)摩阻系數(shù)的計(jì)算，采用 Churchill 關(guān)聯(lián)式，因?yàn)樵撽P(guān)聯(lián)式可覆蓋整個(gè)雷諾數(shù) e 區(qū)域，并考慮了毛細(xì)管內(nèi)粗糙度的影響。 式中：￡為粗糙度； 為動(dòng)力粘度；在 e／ D 無(wú)法確定時(shí)，可考慮取 3． 27。 c ： 14． 27 10 一 Pas ： m， = 一 1． 962； b ： 一 1． 8。為避免計(jì)算結(jié)果失真，在毛細(xì)管過(guò)程是典型的不可逆過(guò)程，必須滿足熵增，文獻(xiàn)中常使用的壅塞判據(jù)是熵增判據(jù)。 ： 焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) vii Gch [+ r{ (1 8) 式中 ： J — vf dsf dry 計(jì)算出口壅塞壓力 ： P =m(p， t，盧 ) (19) 式中： m 為質(zhì)量流速， kg／ (m2 此式參考狀態(tài)點(diǎn)為等焓節(jié)流過(guò)程線與飽和液體線的交點(diǎn)。 2 熱力性 質(zhì)參數(shù)方程 制冷工質(zhì)的熱力性質(zhì)計(jì)算式由狀態(tài)方程、飽和氣體壓力方程、飽和液體密度方程、理想氣體比熱容方程和比焓方程組成。K) ； A2 = 一 8． 909485E 一 02， A． = 1． 778071E 一 05， B2 = 4． 408654E 一 05， B． = 一 4． 016976E 一 08， C2 =一 2． 0／ 4834E +00， C． =一 2． 977911E 一 04， A3= 一 1． 016882E 一 03， A5= 一 7． 481440E 一 08， B3 = 2． 574527E 一 06， B5 = 1． 670285E 一 10， C3 = 2． 142829E 一 02， C5 = 1． 255922E 一 06， b = 3． 755677E 一 04， K = 4． 599967E + 00。 gl0 +D + 從 (21)式中： P 的單位為 kPa； A = 4． 069889E +01， D = 7． 616005E 一 03， B = 一 2． 3625 40E +03， E = 2． 342564E 一 01， C = 一 1． 306883E +01， F = 3． 761111E +02。 2． 4 理想氣體定壓比熱容方程陽(yáng) = cI + c2 + c3 + c4 + c4 + c5 1 式中： c。K) ； I=一 0． 5257455 10 ～ ， 2 = 0． 3296570 10 一 ， 3= 一 2． 017321 10 一 ‘ ， 4 = 0． 0， s = 15． 82170。 采用 Watson 關(guān)聯(lián)式計(jì)算，可得到滿意的結(jié)果。 2． 6 焓熵的相關(guān)計(jì)算 ． 利用熱力學(xué)的余函數(shù)理論 計(jì)算，可導(dǎo)出其飽和氣體比焓、比熵?zé)崃π再|(zhì)參數(shù) ， MH狀 態(tài) 方程代入 。 s。 飽和液體的比焓等于飽和蒸氣的比焓減去汽化潛熱，飽和液體的比熵等于飽和蒸氣的比熵減去汽化潛熱與熱力學(xué)溫度的商 168。 以上各式中： 為泓度， K； 為正常沸點(diǎn)， 247． 05K； 為臨界溫度， 374． 25K；rr，死，為對(duì)比態(tài)溫度， Tr= ／ ， T6 = Tb／ 。若長(zhǎng)度偏大，把 Gc作為較小值 Gc3，然后在此基礎(chǔ)上逐步增大流量，直到由此計(jì)算的長(zhǎng)度小于給定值，把此時(shí)的流量值作為較大值 Gc4；反之，可求出流量較小值 Gc3，這樣求得的流量必位于焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ix Gc3與 Gc4 之間。重復(fù)對(duì)分逼近，直到滿足對(duì)長(zhǎng)度迭代精度的要求 (通?？扇?E． 5)時(shí)輸出計(jì)算流量值 Gem。 3． 2 結(jié)果分析 按以上方法用 Visual Fortran 5． 0編制程序，對(duì) HFC 一 134a 絕熱毛細(xì)管中的流量特性 進(jìn) 行數(shù)值計(jì)算，其結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較見(jiàn)表 1 和 表 2。 如表 2所示，本文流量計(jì)算誤差較大，但分布于 177。5 ％范圍內(nèi)，本文精度變差初步考慮與摩擦壓降、工質(zhì)的熱物理性質(zhì)計(jì)算方法等因素有關(guān)。5 ％范圍內(nèi)，均高于蒸發(fā)壓力即發(fā)生臨界 (壅塞 )流動(dòng)現(xiàn)象，制冷工質(zhì)在出口處流速達(dá)到當(dāng)?shù)匾羲?，在管外自由膨脹到蒸發(fā)壓力。 4 .計(jì)算總結(jié) 運(yùn)用兩相流動(dòng)的均相流假設(shè)建立絕熱毛細(xì)管穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，對(duì)以 HFC． 134a為工質(zhì)的制冷系統(tǒng)，采用新的基團(tuán)貢獻(xiàn)法計(jì)算粘度，考慮壅塞流動(dòng)的影響，對(duì)絕熱毛細(xì)管流量進(jìn)行數(shù)值模擬，其計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果總體上吻合得很好。 表 1 HFC134a T 質(zhì)下本文流量計(jì)算值及出口流量壓力計(jì)算值與文獻(xiàn) [12】實(shí)驗(yàn)值的比較 過(guò)冷度 進(jìn)口 出口 直徑 實(shí)驗(yàn)質(zhì) 實(shí)驗(yàn) 按文獻(xiàn) [6] 本文計(jì)算 本文計(jì)算出口 本焦作大學(xué)機(jī)電工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) x 文計(jì)算 本文流量計(jì)算 流量計(jì)算 壓力 壓力 量流量 長(zhǎng)度 估算出口壓力 出口壓力 壅 △ r／ ℃ D／ 塞流量出口 質(zhì)量流量 時(shí)迭代長(zhǎng)度 誤差 nun PirL／ MPa 島 ／ M G／ (g／ s) Lexp／ m Pout ／ MPa Po idd／ MPa C． ch／ (kg／ s) Coal／ (kg／ s) 1． ,cal／ m ~,err 4 0． 921 O． 4l2 O． 77 0． 949 2． 926 O． 1680494 0． 41 l9967 2． 39E— O3 9． 56E 一 04 2． 926027 O． 0O7l827 4 0． 921 O． 4l2 O． 77 1． 166 2． 009 O． 20f 弭 88 0． 41 l9967 2． 39E一03 1． 17E 一 03 2． 0cI81 聊 0． 0O7242 4 1． 126 0． 412 O． 77 1． 09 2． 926 0． 2020O92 0． 412o0l2 2． 25E— O3 1． 1OE一 03 2． 925978 O． Ol12628 4 1． 126 0． 412 0． 77 1． 336 2． 0O9 0． 2468S42 0． 41200l2 2． 25E 一 03 1． 35E 一 03 2． o08987 0． 0l0B39B l2 0． 921 O． 4l2 O． 77 1． 225 2． 926 O． 2O7O84 0． 412o0l7 2． 58E— O3 1． 23E一 03 2． 925973 O． 649 l2 1． 126 0． 412 O． 77 1． 378 2． 926 O． 24325O6 0． 41 l9955 2． 4OE— O3 1． 39E 一 03 2． 92599 O． 01)6650l l2 0． 921 0． 412 O． 77 1． 5o6 2． 009 O． 25454l 0． 412o0l7 2． 58E— O3 1． 5lE— O3 2． o08996 0． 0D25853 l2 1． 126 0． 412 O． 77 1． 689 2． 009 O． 298O479 0． 41 l9955 2． 41E一03 1． 7OE 一 03 2． oo O． 0 睫 ldO65 表 2 HFC 一 134a 工質(zhì)下本文流量計(jì)算值及出口流量壓力計(jì)算值與文獻(xiàn) [13]實(shí)驗(yàn)值的比較 冷凝 過(guò)冷 蒸發(fā) 實(shí)驗(yàn)質(zhì)量 冷凝溫度 蒸發(fā)溫度 按文獻(xiàn) [6] 本文計(jì)算 本文計(jì)算出 本 文計(jì)算 本文流量計(jì) 溫度 度 溫度 流量 Gexp tcond 對(duì)應(yīng)的 tevap 對(duì)應(yīng)的 計(jì)算出口壓力 出口壓力 口壅塞流量 質(zhì)量流量 算時(shí)迭代長(zhǎng) 流量計(jì)算 飽和壓力 飽和壓力 誤差 Gerr too ／ ℃ △ T／ ℃ tevap／ ℃ ／ (kg／ h) Poutis／ kPa Pout idd／ kPa Gch／ (kg／ P s) Gcal／ (ks／ s) 度 ／ m cond／ kPa Pevap／ kPa 焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) xi 43． 3 5． 2 — 29． 9 2． 07 l】 l0． 644 84． 69496 l3O． 8372 l37． 6l5 5． 35E一 04 5． 3lE一 04 5． 50002 一 O． 773l 43． 3 8． 7 — 29 2． 24 l】 l0． 644 88． 37823 l42． 744 147． 6o9 5． 88E一 04 5． 89E一 04 5． 49996 — O． 05266 48． 9 6． 6 — 28 2． 38 l282． 936 92． 6l85l l53． 2176 161． 863 6． 16E一 04 6． O8E一 04 5． 5O00l5 一 O． O805 48． 9 8． 8 — 27． 2 2． 43 l282． 936 96． 126l3 l60． 6884 l65． 44 6． 39E一 04 6． 45E一 04 5． 500ol — 0． O4465 54． 4 7． 4 — 26 2． 53 l47O． 898 101． 5839 l74． 7l38 l8O． 039 6． 69E一 04 6． 76E一 04 5． 50002 — 0． 0375 54． 4 14． 7 — 23． 5 3． 07 l470． 898 l】 3． 743 196． 3676 2O3． 3l5 7． 92E一 04 7． 90E一 04 5． 500o3 一 O． 07399。 31 設(shè)計(jì)方案的確定 plc 氣動(dòng)閥制 氮安裝 (制氮機(jī) )是按照變壓吸附道理，采納高品質(zhì)的碳分子篩作為吸附劑，在確定的壓力下，從空氣中制取氮?dú)?。由于能源學(xué)效應(yīng)，氧在碳分子篩微孔中疏散速率遠(yuǎn)大于氮，在吸附未達(dá)到均衡時(shí)，氮在氣相中被富集起來(lái)，構(gòu)成制品氮?dú)?。平凡在瑣屑中設(shè)置兩個(gè)吸附塔，一塔吸附產(chǎn)氮，另一塔脫附再生，顛末plc 程序放肆器放肆氣動(dòng)閥的啟閉，使兩塔瓜代循環(huán)，以實(shí)現(xiàn)接續(xù)生產(chǎn)高品質(zhì)氮?dú)庵笜?biāo)。液空次要是液氧和液氮的同化物，操縱液氧和液氮的沸點(diǎn)分歧 (在 1大氣壓下，前者的沸點(diǎn)為 183℃ ，后者的為 196℃) ，顛末液空的精餾，使它們分別來(lái)獲得氮?dú)?。綜合配備、安裝及基建諸因素， 3500nm3／ h以下的配備，相同規(guī)格的 psa安裝的投資范疇要比深冷空分安裝低 20％～ 50％。 b 分子篩空分制氮以 空氣為原料，以碳分子篩作為吸附劑，使用變壓吸附道理，操縱碳分子篩對(duì)氧和氮的篩選性吸附而使氮 plc 氣動(dòng)閥制氮機(jī)使命道理和氧分別的方式，通稱 psa 制氮。與傳統(tǒng)制氮法相比，它存在工藝流程復(fù)雜、主動(dòng)化程度高、產(chǎn)氣快 (15～ 30分鐘 )、能耗低，產(chǎn)品純度可在較大范疇內(nèi)按照用戶需要進(jìn)行調(diào)理，操作掩護(hù)便捷、運(yùn)行資本較低、安裝順應(yīng)性較強(qiáng)等特點(diǎn)，故在 1000nm3／ h以下制氮配備中頗具合作力，越來(lái)越獲得中、小型氮?dú)庥脩舻臍g迎， psa 制氮已成為中、小型氮?dú)庥脩舻氖走x方式。和其它制氮配備相比它存在布局更為復(fù)雜、體積更小、無(wú)切換閥門、掩護(hù)量更少、產(chǎn)氣更快 (≤3 分鐘 )、增容便捷等長(zhǎng)處，它特別適宜于氮?dú)饧兌?≤98 ％的中、小型氮?dú)庥脩簦凶罴压δ軆r(jià)格比。 167。 原料空氣經(jīng)空壓機(jī)壓縮后，經(jīng)過(guò)除塵、除油 、干燥后，進(jìn)入空氣儲(chǔ)罐，再經(jīng)過(guò)左進(jìn)氣閥進(jìn)入左吸附塔。這個(gè)過(guò)程稱為吸附，持續(xù)時(shí)間為幾十秒。均壓結(jié)束后，壓縮空氣又經(jīng)過(guò)右進(jìn)氣閥，進(jìn)入右吸附塔，重復(fù)上述吸附過(guò)程。同樣，左塔吸附時(shí)右塔同時(shí)也 在解吸。 上述基本工藝步驟都是由 PLC 和自動(dòng)切換閥來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 33 工作原理 焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) xiii PSA 制氮機(jī)是根據(jù)變壓吸附原理，采用高品質(zhì)的碳分子篩作為吸附劑，在一定的壓力下，從空氣中制取氮?dú)?。由于空氣的?dòng)力學(xué)效應(yīng)，氧在碳分子篩微孔中擴(kuò)散速率遠(yuǎn)大于氮，氧被碳分子篩優(yōu)先吸附，氮在氣相中被富集起來(lái)，形成成品氮?dú)狻Ｒ?般在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)吸附塔 A 和 B，一塔吸附產(chǎn)氮，另一塔脫附再生，通過(guò)控制裝置控制氣動(dòng)閥的啟閉，使兩塔交替循環(huán)，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)高品質(zhì)氮?dú)庵康摹Ｋ鼰o(wú)色、無(wú)味，透明，屬于亞惰性氣體，不維持生命。氮?dú)猓?N2）在空氣中的含量為 %（空氣中各種氣體的容積組分為： N2： %、 O2： %、氬氣： %、 CO2： %、其它還有 H CH N2O、 O SO NO2 等，但含量極少），分子量為 28，沸點(diǎn)： ℃ ，冷凝點(diǎn)： 210℃ ?，F(xiàn)使用的吸附劑 —— 碳分子篩最佳吸附壓力