在制冷系统中储液桶中的气液两相流概述

图4.1展示了典型储液器模型示意图及各流体流经路径。
1表示储液器进气管，来自蒸发器的两相流通过该入口进入储液器。
2为储液器壳体，其作用是阻止液态制冷剂进入压缩机。
3为导流板，该部件使两相流中的气液分离形成纯气相和纯液相。气相继续流向4J型管，而液相则积聚在储液器底部（5）。
4为J型管，在空调系统运行期间，纯蒸汽制冷剂通过J型管入口流出到8。
高速蒸汽流通过6回油孔吸入雾状制冷剂/油混合物，该方法可安全地将液体回流带压缩机。两相流通过8J型管出口安全离开储液器，此时储液器将适量油进行回流体，以防止压缩机损坏。

储液器的主要功能是防止压缩机在启动时遭受液击，并作为过量制冷剂的储存容器（Radermacher和Schwarz [1]）。当储液器截留液涌后，必须以不会损坏压缩机的速率将液态制冷剂和油送回到压缩机（Grim [2]）。现代储液器还在液体流出前进行过滤，去除可能悬浮在制冷剂中导致系统故障的异物或水蒸气（Radermacher和Schwarz [1]）。目前储液器不能实现100%过滤，气相流尚无过滤器，仅对进入J型管的液体设置过滤器以保护压缩机。同时干燥袋也不能实现水汽的完全过滤。

储液器的另一优势是对过量充注系统的调节作用。虽然空调系统过度充注存在潜在风险，但在汽车空调系统中却颇为常见。橡胶软管能隔离汽车空调系统的振动， 但橡胶本身会自然渗透少量制冷剂，长期可能导致系统内工质严重减少。为避免每年需要重新充注，使用储液器可使系统安全过量充注高达50%而不严重影响性能（Radermacher和Schwarz [1]）。

若设计应用得当，储液器能提供最具成本效益的压缩机防液击保护（Hall [3]）。储液器还通过控制回油控制压缩机润滑，这可能影响压缩机油的润滑特性或冲刷气缸壁的润滑油膜（Grim [2]）。但使用储液器也存在若干缺点：例如引入系统压降导致压缩机在更低吸气压力下运行（Bottum [4]）。选型方法亦是其劣势，当前选型标准较为随意（多依据先例和经验而非设计），可能无法实现系统预期效果（Grim [2]）。另一缺点可能是系统初始和维护成本增加。但与更换压缩机的成本相比，储液器的较低成本显得物有所值。因此使用储液器的唯一缺点关乎系统效率，而通过合理设计和优化方法可消除其对性能的不利影响。

为确保足够的液涌抑制能力，储液器容积通常大于系统中液态制冷剂和压缩机油的总体积。 储液器液位的微小升高将显著减少参与制冷循环的制冷剂量。存储在储液器中的液态制冷剂实际上脱离循环，不参与系统冷却。通过存储过量工质，储液器能在所有工况点调节蒸发器出口干度。
当充注量减少时，高压侧和低压侧压力均下降，降低系统两侧的饱和温度，从而减少冷凝器热负荷并增加蒸发器热负荷，最终使蒸发器出口干度升高。当蒸发器出口干度降低时，储液器存储多余液体，减少系统循环工质量，这种循环工质减少又会使蒸发器出口干度再次升高，从而形成确保返回压缩机制冷剂干度始终合适的平衡机制[1]。

现代储液器采用内置干燥袋去除系统水分，并向制冷剂/油混合物添加染料以便检测泄漏。液态制冷剂流还经过过滤器去除潜在有害颗粒物。

Yun [5]描述了涡旋压缩机及回转压缩机用吸气储液器的设计，指出回转压缩机中吸气储液器的主要功能是控制过量液态制冷剂，同时作为多功能部件实现以下功能：

• 过滤——防止小颗粒进入压缩机
• 消音——作为吸气消音器，降低整体噪声和特定频段噪声
• 储液——从吸气流中分离收集液相制冷剂
• 性能影响——通过吸气脉动、储液器内部压降及与周围环境和压缩机壳体的热交换影响压缩机性能
• 液态制冷剂蒸发器——从周围环境吸热蒸发液态制冷剂
• 噪声辐射器——既可作为噪声辐射源，也可作为噪声产生源。

Yun [6]还提出与传统吸气储液器不同的新型压缩机储液器，其特点为预充油设计。通过采用预充油储液器改善油/制冷剂比例的概念被引入，该概念使储液器内保持预充油。当液态制冷剂进入储液器后与预充油混合，改善进入回转压缩机压缩室的油/制冷剂混合物质量。从概念到实验验证，该储液器在开发阶段已证明其基本可行性、性能和可靠性。

Hwang [7]提出基于分层管法的汽车空调系统储液器出口流量品质测量新方法，该方法无需额外加热或冷凝段即可使R-134a制冷剂/PAG油两相流在水平管内分层。通过热线风速仪测量蒸汽速度和分层管液位，可确定流量品质和总质量流量。采用氮气/水流回路实验验证了该方法的可行性，结果显示测量精度在6.8%以内。基于压缩机的R-134a制冷剂/PAG油制冷回路实验表明，润滑油的存在会导致基于热平衡确定的热力学品质产生误差。当前流动观测和流量品质测量显示热力学品质与实测流量品质存在显著差异，证明润滑油会显著改变纯R-134a制冷剂的热力学关系，因此制冷剂-润滑油混合物的热力学品质无法基于纯R-134a的热平衡和平衡热力学关系可靠确定。

Schwarz等[8]开发了模拟储液器特性及其对压缩机供油影响的数学模型。该模型忽略了防虹吸孔影响，并通过改变当量几何结构的损失系数模拟导流板。根据其模型，储液器主要承担储存过量制冷剂、防止启动时蒸发器来液冲击压缩机以及确保压缩机充分供油的任务，其中蒸汽干度被视为输入条件之一，但该模型未经过实验数据验证。

Lee等[9]采用混合粒子追踪测速技术研究了回转压缩机储液器内部流动结构，在真实工况下对原型储液器进行实验。通过高速摄像机对储液器内部流动进行定性可视化，将回转压缩机工作周期分为四个阶段，采用相位平均技术测量储液器内部速度场。结果显示储液器内部流动呈现与压缩机旋转相位对应的脉动周期性流动结构。

References

1. Radermacher R, Schwarz T (2002) Model to simulate the performance of accumulators in automotive AC applications. Center for Environmental and Energy Engineering, Department of Mechanical Engineering, University of Maryland, Feb 2002
2. Grim JH (1975) Application of suction line accumulators to small and medium size systems. In: The symposium on suction line accumulators, Jan 1975
3. Hall RA (1975) Basic design and application of suction line accumulators. In: The symposium on suction line accumulators, Jan 1975
4. Bottum EW (1975) The sizing and rating of suction line accumulators. In: The symposium on suction line accumulators. Jan 1975
5. Yun KW (1998) Compressor suction accumulator with pre-charged oil. In: Proceedings of the 1998 international compressor conference, Purdue, pp 833–838
6. Yun KW (1998) Designing a function-enhanced suction accumulator for rotary compressor.In: Proceedings of the international compressor conference, Purdue, pp 655–659
7. Hwang DHD (2001) Flow quality measurement based on stratification of flow in nitrogengas–water and R-134a refrigerant/PAG oil two-phase flow systems. M.A.Sc. thesis, Department of Chemical Engineering and Applied Chemistry, University of Toronto
8. Schwarz T, Galluzzi M, Richardson D, Radermacher R, Dickson T, McGregor I (2002) Model to investigate the performance of accumulators in vapour compression systems. In: Proceedings of 9th international refrigeration and air-conditioning conference at Purdue university, USA
9. Lee J, Kim SHB, Huh JK (2003) Qualitative analysis of flow inside the accumulator of a rotary compressor. Int J Refrig 26:321–327