制冷剂进入分流器时为气液两相混合的状态，进入各支路的气相和液相的比例不同会导致各支路的流量不同。要让两相制冷剂分配均匀，需要使得进入出口管的气液两相比例可控，两相制冷剂的流型可控。1.1 开发新型分流器的关键在于使两相流在分流前呈环状流。稳定的两相流型包括离散泡状流和环状流，它们的流型关于中心轴对称。离散泡状流和环状流的空泡系数范围分别为 0.25~0.3和 0.7~0.99，而实际工况下分流器进口的制冷剂空泡系数为 0.65~0.95，因此选择环状流为实际空调器分流器的设计流型。设计分配均匀的分流器的方法是在分配器中构建环状流并均匀分配环状流。环状流具有对称的两相分布，其中液相均匀地分布在进口管的管壁上，气相位于液相中心。当出口管也对称地布置在进口管的壁面上时，对称分布的制冷剂会均匀地分配到所有的出口管内。因此分流器通过形成环状流可在任意安装角度下实现均匀分配。1.2 环状流的构建可以通过两种环状流的转化机制实现。竖直环状流由泡状流和混状流转化而来，如图 4-1 (a)所示。水平环状流由分层流和间歇流转变而来，如图 4-1 (b)所示。由于竖直和水平环状流的转化机制不同，因此本文需要分别研究竖直环状流和水平环状流的形成条件以使得设计的分流器在任意安装角度下均可形成环状流。
1.3 环状流的均匀分配可通过合理设计进出口管的连接形式来实现。传统圆锥式分流器的各出口管的连接处位于进口管的中心，导致制冷剂无法均匀的分配到出口管，如图4-2 (a)-(b)所示。为了实现均匀分配，新型分流器的出口管应当垂直且对称地布置在进口管壁上，如图4-2 (c)-(d)所示。
影响两相流型的因素分为内、外两种，其中，内因包括流量、干度等入口条件，外因包括管径和倾角。由于两相制冷剂的入口条件已经由空调器的工况确定，因此分流器只需通过调节进口管的管径、管长和倾角来形成环状流。管径通过改变气液两相的速度来影响流型。当分流器进口管的管径较大时，两相流的速度较小从而呈非环状流。随着进口管径的减小，气相较液相具有更大的速度增速从而呈现击穿前方液相的趋势。当减小管径至气相恰好击穿运动方向上的所有液相时，进口管中的两相制冷剂转变为环状流，此时的管径称为形成环状流的临界管径。倾角通过重力作用影响流型。当分流器由竖直安装逐渐变为水平安装时，进口管中环状流的液环受重力影响而呈现上薄下厚的趋势。由于重力对倾斜环状流的影响位于其对水平和竖直环状流的影响之间，故若两相流在水平和竖直流动时均为环状流，则该两相流在其他参数不变、仅变为倾斜流动时也呈环状流。因此推导临界进口管径时仅需考虑水平和竖直流动时环状流的形成条件。进口管形成环状流的关键参数包括内径 d 和管长 L。进口管的内径d 取形成竖直环状流的临界管径 dV 和形成水平环状流的临界管径 dH 中的较小值，以使得分流器在任意安装角度下均能形成环状流，如式 4-1 (a)所示。为了使气液两相充分发展进而形成稳定的环状流，进口管的长度 L 应不小于管径 d 的20倍，如式4-1 (b)所示。
竖直管中环状流的转化条件是气相速度足够大从而使得夹带液滴向上流动，如图 4-3(a)所示。当最大夹带液滴所受的浮力和曳力之和与重力相等时，夹带液滴刚好能够保持向上运动的趋势从而维持竖直环状流的流型，见式4-2。水平管中环状流的转化条件是液相的 Froude 数足够大以使管内壁全部被液相浸湿。当液相的 Froude 数满足式 4-3 时，间歇流转化为环状流，如图 4-3 中(c)-(d)所示。
将式 2~9 代入式 1 得到进口管中形成环状流所需的内径和管长的计算式，见式 4-10。进口管的结构由8个输入参数决定，包括制冷量 Q、空泡系数 α、潜热 Δh fg 、气相密度 ρG 、液相密度 ρL 、表面张力系数σ、重力加速度g和曳力系数C d 。
实际进口管结构的计算以一款广泛使用的制冷量为 3500W 的空调器为例。制冷工况下分流器进口管中的制冷剂空泡系数约为 0.60[39]。式 4-10 中的物性参数选取常用制冷剂的物性，比如 R410A，R32，R290 和 R141b。由于蒸发器的平均温度为 10℃，故物性参数的取值为 10℃时的制冷剂物性，如表 4-1 所示。
2.2 通过设计进出口管连接方式实现环状流均匀分配 均匀分配环状流的实现方法是使进出口管采用新型的 T 型连接代替传统圆锥式分流器的 Y 型连接。T 型连接结构中的出口管对称地安装在进口管的壁面上；而 Y 型连接的出口管则安装在进口管中心。图 4-4 (a)示出了传统圆锥式分流器的 Y 型连接结构。该结构处易出现气液分离从而造成制冷剂分配不均。气液分离的原因是气泡受到垂直于运动方向并指向管壁的升力 FL∞，从而朝管壁运动，如图 4-4 (b)所示。气泡所受升力 FL∞由指向管壁的速度分量 u2 的旋度 ω 产生，如图 4-4 (c)所示。升力 FL∞的计算式见式 4-11。
图 4-4 (d)示出了能够使制冷剂均匀分配到各出口管的 T 型连接结构。该结构处的气泡所受的升力为零从而使得气液两相充分混合，如图4-4 (e)所示。液相速度没有引起旋度的速度分量 ut，因此流体作无旋流动，如图 4-4 (f)所示。无旋流动的流体旋度为零，根据式4-11 (a)可知其气泡所受的升力为零。4.3 多路分流器的结构设计 4.3.1 新型分流器进口管径的计算 图 4-5 (a)和(b)分别示出了R32 和 R410A 形成环状流时的管径随制冷量的变化曲线。图中，黑色曲线代表临界管径 dc 的值，红色曲线代表推荐的内径设计值 0.8dc。空调器的制冷剂分别采用 R32 和 R410A 时，形成环状流的临界管径随制冷量变化所依据的关联式如下：
以 3500W 的制冷量为基准，制冷剂为 R32，进口管的内径设计值为 5.5mm，设计 2 路到 10 路的分流器结构如图4-6 所示。
图 4-7 给出了 3500W 空调器采用多流路分流器的具体结构参数。
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