立式分离容器的分离原理及应用

在制冷系统中，几乎所有的气液分离器都是依靠重力作用来沉淀液体或将液体从气体中分离出来^[4，5]（这就是所谓的重力分离器）。

制冷系统应用的气液分离原理，与化工系统应用的气液分离器的原理相似。但其内部结构比化工系统应用的简单一些，许多产品都没有带捕雾器、防冲击挡板或沉降内部构件（但是也有一些厂家会设置这些附件）。其计算方法与制冷剂的热力性能密切相关。另外，制冷系统容器中被笔者称为缓冲容积（Surge Volume）的计算参数，对应在化工系统中称为缓冲量；还有稳定容积（Ballast Volumes），化工系统称为持液量，这些参数都有特定的计算方法。

在工业制冷满液式供液中，从蒸发器蒸发后的制冷剂是一种气液混合物。由于是过量供液，因此这些混合物既有已经蒸发的饱和气体，也有还没有蒸发的液体。通过湿式回气管[为了区别不同的回气管，把回气管分成两种。从蒸发器到分离器之间的回气管笔者把它称为湿式回气管（Wet Return Lines），而分离器与压缩机之间的回气管称为干式回气管（Dry Suction Line）]进入气液分离器，分离器的作用主要是把还没有蒸发的液体分离出来。

如果回气管带液体严重，进入到压缩机内，增加了压缩机损坏的风险。至少，带液会降低制冷系统的运行效率。为了保护压缩机，必须利用重力分离器的分离功能，去除大于本文所定义的临界直径的液滴。小于临界直径的液滴不一定会被重力分离器除去，但是，它们进入压缩机不会有任何不利影响。在制冷系统中，低压循环桶、中间冷却器、气液分离器、闪发式经济器都属于分离容器。

还没有蒸发的液体进入分离器进行分离，通常这些分离计算是以什么形式和方法进行分析的呢？还没有蒸发的液体是通过湿式回气管在容器内的出口（这个出口在国外资料上被称为喷嘴Nozzle）进入容器的。从这个喷嘴出去的需要分离的液体，一般认为以液滴的形式出现。假设进入重力分离器的液体/气体混合物的液体部分完全分散，空隙率接近一致；所关注的液滴都被认为是球形的。Grassmann（1982）和Prandtl等人（1990）^[6]认为，如果Weber数小于6（We＜6），这个假设是合理的。Weber数定义为^[6]：

We=ρ_gu²d/σ （8-6）

式中 We——Weber number，韦伯数；(www.xing528.com)

ρ_g——气体密度（kg/m³）；

u——相对速度（m/s）；

d——液滴直径（m）；

σ——表面张力（N/m）。

这些需要研究的液滴，一般分为两种，单一液滴（Single-Droplet）与多个液滴（Same-size Droplets）。为了简化计算，在工业制冷计算中，只有单一液滴从气体分离这种分析是有意义的。下面的计算基本上是围绕着这种单一液滴进行计算和分析的。为了开发分离器的尺寸模型，必须做出一些假设来简化问题，对于设计工程来说是实用的模型。这些简化提供计算的基础和重力分离理论。