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毛细管特性分析及压力测试台设计

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摘要

凡内径很细的管子叫"毛细管"。通常指的是内径等于或小于1毫米的细管，因管径有的细如毛发故称毛细管。目前可以在医学上，建筑材料上都能看得到。

如今，现代建筑的空调系统必须要符合很高的要求。传统的空调系统如通风设备和静态供热很难同时达到最佳热的舒适性、最省的空间和节能的要求毛细管是这个领域的一项新技术，它可以根据周围环境自动调整。用水做热媒的毛细管使用的是弹性塑料，直接铺在房间围护结构表面的下方。这样房间的天花板、地板和墙壁就会变得非常的温暖舒适。这样，使用者和房间表面之间的能量传递就通过辐射的方式进行。辐射是在自然条件下调整各物体间的热平衡。研究已经证明，因为这个原因，毛细管网制冷、采暖系统可使人们感觉更舒适，从而具有更高的工作效率。

采用4.3X0.8 mm 的PPR塑料毛细管组成的间隔为10 mm -- 30 mm 的网栅，犹如人体中的毛细管，起到着分配、输送和搜集液体的功能。在网栅中和人体毛细管中的液体流动速度基本相同，都在0.05 -- 0.2 m/s之间。同时人体皮下组织的毛细血管与周围环境成功地进行了传热交换，达到自身温度调节的目的。

冬季毛细管内通较低温度的热水,柔和的向房间辐射热量；夏季毛细管内通温度较高的冷水,柔和的向房间辐射冷量。由于毛细管席换热面积大，传热速度快，因此传热效率更高。

关键词: 毛细管毛细管网采暖制冷系统 PPR 塑料毛细管辐射换热

一.毛细管的介绍

1.1蒸汽压缩的原理

蒸汽压缩机是热回收系统对产生的蒸汽通过压缩作用而提高蒸汽汽温度和压力的关键设备。作用是将低压（或低温）的蒸汽加压升温，以达到工艺或者工程所需的温度和压力要求。

蒸汽压缩机总体构成较为复杂，主要由压缩系统、蒸汽降温器和润滑系统三个进本单元组成。再沸器（蒸发器）内产生的蒸汽经过内嵌式微滴分离器除去蒸汽中的部分液体，然后再进入蒸汽压缩机或相应的用汽点 .

离心压缩机:在工艺设计时可留有不经压缩的蒸汽旁路，以自动控制而满足生产对不同蒸汽压力和温度的要求或防止压缩机出现故障时维修余地。
压缩系统:蒸汽压缩机压缩形式根据原理不同，是由一个整体的齿轮装置驱动的单级离心压缩机。根据不同的需求压缩机的形式也不尽相同，一般常见的有罗茨式压缩机（容积式）、离心式压缩机（速度式）等。
蒸汽降温器:蒸汽降温器是一个特别设计的喷嘴，它安装在回收蒸汽管中。使流动中的蒸汽使尽量多的水雾化为蒸汽。通向降温器的供水流量由降温器后的蒸汽的温度来控制。
润滑系统:润滑系统包括油罐、两个并联的水冷式冷却器、一套并联的油过滤器和两个油泵。主油泵是一个螺杆泵，直接由低速齿轮轴驱动。备用油泵由电机驱动在启动时使用。油冷却器是一个管状的换热器，油在换热管中流动。油罐上安装有油除沫器和电加热器，润滑油通过油冷却器和油过滤器从油罐泵送到齿轮箱，油的温度由油冷却器旁路的温度控制器调节。油过滤器上有压差指示器，以检测过滤器中的污染物。

1.2毛细管的种类

水银温度计、钢笔尖部的狭缝、毛巾和吸墨纸纤维间的缝隙、土壤结构中的细隙以及植物的根、茎、叶的脉络等，都可认为是毛细管。毛细管电色谱是发展起来的一种新型微分离分析技术，它整合了毛细管电泳与微径柱液相色谱的优点，通过在填充微细颗粒液相色谱填料的微径柱色谱柱两端施加直流高压电场，达到其对痕量复杂生物及化学体系样品优越的分离能力。

电泳色谱
LC/MSD TOF的高效液相色谱仪部分式组合设备，可以根据需要任意组合。
空调系统中的毛细管的作用：
制冷时，毛细管将从冷凝器出来的高压液态制冷剂，通过节流膨胀使其成为低压的液态制冷剂，再进入蒸发器。
细管空调
毛细管网模拟叶脉和人体毛细血管机制，由外径为3.5-5.0mm（壁厚0.9mm左右）的毛细管和外径20mm（壁厚2mm或2.3mm）的供回水主干管构成管网。保温层、散热层、和毛细管网结合使用，复合成毛细管网换热器，大大提高了毛细管网单一构造的散热能力合使用用途，保护了毛细管管壁不受损坏。毛细管网平面辐射空调系统一般采用小循环大系统方式，并采用专用溶液作介质，可以避免系统阻塞，方便控制。为达到更高舒适度要求并避免结露，房间还应该配套湿度控制和新风系统。毛细管网生产和应用技术此前一直由德国企业高度垄断，北京普来福环境技术有限公司已打破国外企业垄断，研发生产出国产的毛细管网换热器，申请了多项发明专利和实用新型专利，并且已经进入批量生产阶段。
2007年5月，该产品在中国建筑科学研究院空调所（国家空调设备置粮监督检验中心）进行检验。以某节点的测试举例，结果如下：
1、在实验压力为1.5Mpa情况下，无渗漏；
2、在供水温度45℃，回水温度40℃，基准温度20℃，△T=22.5℃时，折合样品单位面积散热量Qdr=240.88W/m2；
3、在供水温度15℃，回水温度20℃，基准温度26℃，△T8.5℃，折合样品单位面积制冷量Qdl=122.84W/m2。
细管用途
毛细管一般被用于20kW $1$ 以下的小型氟利昂制冷装置。毛细管由紫铜管制

毛细管成，长度1_{6m，内径为0.5}2mm.通过长度和管径的多种组合可使其满足不同的工况和不同制冷量的制冷剂装置要求，但毛细管被选定和安装后，便不能随负荷变化而变化，为使制冷装置在绝大多数时间下高效率运转，选择具有代表性的设计工况是及其重要的。

1.3毛细管的研究意义

毛细管研究有助于选择最适合的长度，使得压缩达到最好的效果，节省能量，充分利用能量，另外可以测试毛细管能够承受的压力，保证使用中的安全性。

二，设计方法

2.1毛细管试验台设计思路

本实验通过测试毛细管压力与长度的关系.具体方案图如下

黄色线条所示为毛细管，毛细管为定长，其单个长度为100mm，测试过程中，首先电磁阀5断开，电磁阀1接通，打开蓄能器，可以测试一根毛细管也就是100mm毛细管压力差的测试。

第二步，电磁阀1关闭，电磁阀5和电磁阀2接通，这样可以测试两根毛细管也就是200mm毛细管的压力差。

以此类推，可以测试不同长度毛细管的压差，做好数据记录方便以后分析。

另外测试结束以后可以进行流量调节，进行下一轮测试，这样可以测试流量与压力差的关系。

2.2元器件的选用及其设计

2.2.1毛细管的选择

毛细管一般被用于10kW以下的小型氟利昂制冷装置。毛细管由紫铜管制成，长度1_{6m，内径为0.5}2mm.通过长度和管径的多种组合可使其满足不同的工况和不同制冷量的制冷剂装置要求，但毛细管被选定和安装后，便不能随负荷变化而变化，为使制冷装置在绝大多数时间下高效率运转，选择具有代表性的设计工况是及其重要的。细管网模拟叶脉和人体毛细血管机制，由外径为3.5-5.0mm（壁厚0.9mm左右）的毛细管和外径20mm（壁厚2mm或2.3mm）的供回水主干管构成管网。保温层、散热层、和毛细管网结合使用，复合成毛细管网换热器，大大提高了毛细管网单一构造的散热能力合使用用途，保护了毛细管管壁不受损坏。毛细管网平面辐射空调系统一般采用小循环大系统方式，并采用专用溶液作介质，可以避免系统阻塞，方便控制。为达到更高舒适度要求并避免结露，房间还应该配套湿度控制和新风系统。毛细管网生产和应用技术此前一直由德国企业高度垄断，北京普来福环境技术有限公司已打破国外企业垄断，研发生产出国产的毛细管网换热器，申请了多项发明专利和实用新型专利，并且已经进入批量生产阶段。

2025年5月，该产品在中国建筑科学研究院空调所（国家空调设备置粮监督检验中心）进行检验。以某节点的测试举例，结果如下：

1、在实验压力为1.5Mpa情况下，无渗漏；
2、在供水温度45℃，回水温度40℃，基准温度20℃，△T=22.5℃时，折合样品单位面积散热量Qdr=240.88W/m2；
3、在供水温度15℃，回水温度20℃，基准温度26℃，△T8.5℃，折合样品单位面积制冷量Qdl=122.84W/m2。

2.2.2气压计的选择

气压计是根据托里拆利(Evangelista Torricelli,1608~1647)的实验原理而制成，用以测量大气压强的仪器·

根据托里拆利（Evangelista Torricelli,1608～1647）的实验原理而制成，用以测量大气压强的仪器。气压计的种类有水银气压计及无液气压计。其用途是：可预测天气的变化，气压高时天气晴朗；气压降低时，将有风雨天气出现。可测高度。每升高12米，水银柱即降低大约1毫米，因此可测山的高度及飞机在空中飞行时的高度。

种类
气压计的种类有水银气压计及无液气压计。
用途
可预测天气的变化，气压高时天气晴朗；气压降低时，将有风雨天气出现。
可测高度。每升高12米，水银柱即降低大约1毫米，因此可测山的高度及飞机在空中飞行时的高度。
水银气压
利用托里拆利管来测定大气压的一种装置。玻璃管底部的水银槽是用一个皮囊所代替，并附有可以调准的象牙针使其指示水银面，叫做"福廷式水银气压计"，在玻璃管外面加上一个金属护套，套管上刻有量度水银柱高度的刻度尺。在水银槽顶上另装一只象牙针，针尖正好位于管外刻度尺的零点，另用皮袋作为水银槽底。使用时，轻转皮袋下的螺旋，使槽内水银面恰好跟象牙针尖接触（即与刻度尺的零点在一水平线上），然后由管上刻度尺读出水银柱的高度。此高度示数即为当时当地大气压的大小。另外还有不需调准象牙针的观测站用气压计，可测低气压山岳用的气压计，以及对船的摇动不敏感的航海用气压计。
大气压强不同支持的水银柱的高度不同，根据P=p(水银密度)hg,计算出的压强就等于大气压强，当然这个计算制造气压计时就算出来标到气压计上了，通过水银面对准的刻度，就可以知道气压的大小了！
无液气压
无液气压计是气压计的一种,最常见的是金属盒气压计。
它的主要部分是一种波纹状表面的真空金属盒。为了不使金属盒被大气压所压扁，用弹性钢片向外拉着它。大气压增加，盒盖凹进去一些；大气压减小，弹性钢片就把盒盖拉起来一些。盒盖的变化通过传动机构传给指针，使指针偏转。从指针下面刻度盘上的读数，可知道当时大气压的值。
它使用方便，便于携带，但测量结果不够准确。如果在无液气压计的刻度盘上标的不是大气压的值，而是高度，于是就成了航空及登山用的高度计。
本设计中选择如下气压阀

2.2.3换向阀的选择

换向阀是具有两种以上流动形式和两个以上油口的方向控制阀。是实现液压油流的沟通、切断和换向，以及压力卸载和顺序动作控制的阀门。

可分为手动换向阀、电磁换向阀、电液换向阀等。

又称克里斯阀，阀门的一种，具有多向可调的通道，可适时改变流体流向。

工作时借着阀外的驱动传动机构转动驱动轴，带动摇拐臂，启动阀板，使工作流体时而从左入口通向阀的下部出口，时而从右入口变换通向下部出口，实现了周期变换流向的目的。

这种变换阀在石油、化工生产中有着广泛的应用，在合成氨造气系统中最为常用。此外，换向阀还可作成阀瓣式的结构，多用于较小流量的场合。工作时只需转动手轮通过阀瓣来变换工作流体的流向。

六通换向阀主要由阀体、密封组件、凸轮、阀杆、手柄和阀盖等零部件组成(图1)。阀门由手柄驱动，通过手柄带动阀杆与凸轮旋转，凸轮具有定位驱动与锁定密封组件的开启与关闭功能。手柄逆时针旋转，两组密封组件分别在凸轮的作用下关闭下端的两个通道，上端的两个通道分别与管道装置的进口相通。反之，上端的两个通道关闭，下端两个通道与管道装置的进口相通，实现了不停车换向。

六通换向阀

1上阀盖 2手柄 3阀杆 4凸轮 5密封组件 6阀盖 7阀体

(1)六通阀的阀体由隔板分成两腔，每腔都有3个通道，中间为进油口，两端为出油口。阀体为碳钢板焊结构，体积小，质量轻，结构紧凑，提高了材料的利用率，缩短了生产周期，降低了成本。密封面堆焊不锈钢，防锈耐腐蚀，密封面经过精加工后抛光研磨，表面粗糙度Ra≤0.8μm。
(2)六通阀有两组密封组件。每组密封组件(图2)由阀瓣、密封圈、调整块、调节螺钉、夹板和螺栓组成。阀瓣为碳钢板焊件，设有加强筋，即增加阀瓣强度又起导向作用，保证每组阀瓣间的同轴度。阀瓣上镶嵌聚氨脂橡胶圈，该材料具有耐油、耐磨损、性能稳定、密封良好和使用寿命长的特点。在凸轮的作用下，密封圈的球面与阀体密封面相接触产生挤压弹性变形，达到密封效果。调整块和调节螺钉在两组密封组件不能同步到位时可起调整作用，确保各通道密封性能同步到位。

密封组件

1夹板 2螺栓 3调整块 4阀瓣 5密封圈 6调整螺钉

(1)机动换向阀，机动换向阀又称行程阀。
(2)电磁换向阀，电磁换向阀是利用电磁吸引力操纵阀芯换位的方向控制阀。
(3)电液换向阀，电液换向阀是由电磁换向阀和液动换向阀组成的复合阀。
(4)手动换向阀，手动换向阀是用手推杠杆操纵阀芯换位的方向控制阀。 $1$
(3)阀杆与阀体隔板和上阀盖间的轴向密封采用O形圈。
(4)阀体隔板及上阀盖轴孔部位镶有铜套，可减小与O形圈间的摩擦力矩，密封组件开启与关闭灵活，操作力矩小。
(5)上阀盖设有指示牌及限位螺钉，阀杆上安装指针，明确指示各通道的接通状况，易于操作。
动作准确、自动化程度高、工作稳定可靠，但需附设驱动和冷却系统，结构较为复杂；阀瓣式结构则较简单，多用于流量较小的生产工艺上。
在石油、化工、矿山和冶金等行业中，六通换向阀是一种重要的流体换向设备。该阀安装在稀油润滑系统输送润滑油的管道中。通过变换密封组件在阀体中的相对位置，使阀体各通道连通或断开，从而控制流体的换向和启停。
2.3.4其他元件的选择
三通为管件、管道连接件。又叫管件三通或者三通管件，

不锈钢等径三通三通接头，用在主管道要分支管处。三通是具有三个口子，即一个进口，两个出口；或两个进口，一个出口的一种化工管件，有T形与Y形，有等径管口，也有异径管口，用于三条相同或不同管路汇集处。 $1$ 三通的主要作用是改变流体方向的。

按管径尺寸划分

1. 等径三通的接管端部均为相同的尺寸；
1. 异径的三通的主管接管尺寸相同，而支管的接管尺寸小于主管的接管尺寸。

按工艺划分

1. 液压胀形
  三通的液压胀形是通过金属材料的轴向补偿胀出支管的一种成形工艺。其过程是采用专用液压机，将与三通直径相等的管坯内注入液体，通过液压机的两个水平侧缸同步对中运动挤压管坯，管坯受挤压后体积变小，管坯内的液体随管坯体积变小而压力升高，当达到三通支管胀出所需要的压力时，金属材料在侧缸和管坯内液体压力的双重作用下沿模具内腔流动而胀出支管。
  三通的液压胀形工艺可一次成形，生产效率较高；三通的主管及肩部壁厚均有增加。
  因无缝三通的液压胀形工艺所需的设备吨位较大，目前国内主要用于小于DN400的标准壁厚三通的制造。其适用的成形材料为冷作硬化倾向相对较低的低碳钢、低合金钢、不锈钢，包括一些有色金属材料，如铜、铝、钛等。
1. 热压成形
  三通热压成形是将大于三通直径的管坯，压扁约至三通直径的尺寸，

冷拔三通

在拉伸支管的部位开一个孔；管坯经加热，放入成形模中，并在管坯内装入拉伸支管的冲模；在压力的作用下管坯被径向压缩，在径向压缩的过程中金属向支管方向流动并在冲模的拉伸下形成支管。整个过程是通过管坯的径向压缩和支管部位的拉伸过程而成形。与液压胀形三通不同的是，热压三通支管的金属是由管坯的径向运动进行补偿的，所以也称为径向补偿工艺。

由于采用加热后压制三通，材料成形所需要的设备吨位降低。热压三通对材料的适应性较宽，适用于低碳钢、合金钢、不锈钢的材料；特别是大直径和管壁偏厚的三通，通常采用这种成形工艺。

以材质划分
碳钢，铸钢，合金钢，不锈钢，铜，铝合金，塑料，氩硌沥，pvc等。
以制作方法划分
顶制、压制、锻制、铸造等。
以制造标准划分
国标、电标、化标、水标、美标、德标、日标、俄标等，具体如下：GB/T12459-2005,GB/T13401-2005,ASME B16.9,SH3408,SH3409-96,SH3410-96,HG/T21635,DL/T 695,SY/T 0510,DIN 2615。

2.3密封性的设计

密封，指严密地封闭。语出晋葛洪《抱朴子·金丹》："又尹子丹法：以云母水和丹，密封致金华池中，一年出，服一刀圭，尽一斤得五百岁。"

密封可分为静密封和动密封两大类。密封是防止流体或固体微粒从相邻结合面间泄漏以及防止外界杂质如灰尘与水分等侵入机器设备内部的零部件或措施。静密封指严密地封闭密封舱密封容器用于密封函件和遗嘱的印章。

密封可分为静密封和动密封两大类。

静密封

静密封主要有垫密封、密封胶密封和直接接触密封三大类。根据工作压力，静密封又可分为中低压静密封和高压静密封。中低压静密封常用材质较软宽度较宽的垫密封，高压静密封则用材质较硬接触宽度很窄的金属垫片。

动密封

动密封可以分为旋转密封和往复密封两种基本类型。