速冻是食品保鲜的重要技术之一,逐渐发展成为冷链行业不可缺少的环节。随着速冻食品的需求种类和数量与日俱增,平板速冻机在水产养殖、冷链物流等行业应用愈加广泛。食品在搁架平板进行速冻时,搁架各层的冷量分布影响着食品速冻效果,搁架不同的冷量分布会造成食品冻结不均匀的现象。因此,速冻系统能否合理地分配制冷剂到各层搁架,对食品速冻效果的好坏起着重要的意义。而分流器结构优化可以改善各层搁架平板的供液均匀性,使得蒸发器的换热面积得到充分的利用,从而提高系统制冷效率和食品冻结品质。本文经过对两相流分流不均的原因进行综述并分析,发现两相流相分离现象是造成制冷系统分液不均的主要原因,而造成相分离现象的因素有分流原理、上游流体流动状态、下游支路非均匀换热。课题组研发了新型整流临界喷嘴式分流器,气液两相制冷剂在临界流喷嘴喉部达到音速,在流经喷嘴的流体流量达到稳定值后,流体形成临界流并存在阻塞现象。临界流的阻塞现象可切断喷嘴下游的压力扰动向上游传播,克服分流喷嘴之间因下游压力不一致导致的分液不均,减少非均匀换热带来的影响。本文将新型整流临界喷嘴式分流器应用至速冻机系统,以此解决平板速冻机搁架的分液不均匀性的技术缺陷。本文主要的研究内容及结论如下:一、本文分析了国内外学者对速冻机性能及冻结品质的研究现状,特别是速冻机的分液不均问题。众多分流结构中,集流管分流效果较差,混相式分流器和分相式分流器效果较好且种类繁多。分析了气液两相流可形成的多种流型,其中,环形流是由液相包裹气相的流型,环状液膜贴近壁面流动,气相和液滴沿中心轴流动,且呈现对称分布的流态,是最佳的气液两相分配流型。二、应用新型整流临界喷嘴式分流器,并分析其分流原理及结构。分流器主要由旋流扰动段、环形流整定阶段、临界分流段三部分组成。通过对气液两相流的测试,发现气液两相流在较低速度下可达到临界音速。三、获得临界喷嘴初步模型,推导并计算R507的临界音速,得到临界喷嘴的喉径。改变喷嘴收缩段长度、喉部长度、扩张段长度和出口直径等设计参数,分别建立收缩段长度（10～20mm）、喉部长度（0.5～1.5d）、扩张段长度（2.5～3.5mm）、出口直径（2.6～2.8d）四组临界流喷嘴模型,研究不同结构尺寸对气液两相流制冷剂临界喷射特性的影响。四、对建立的数学模型进行模拟计算,得出以下结论:（1）在模拟压力范围内（3.2～4.0MPa）,两相流制冷剂的喷射速度随着入口压力的增大而增大,入口压力的改变对制冷剂含气率基本无影响。（2）喷嘴结构尺寸的改变,对制冷剂含气率的影响较小,但对喷射速度存在明显的影响,存在最佳的结构参数。两相流制冷剂的最大喷射速度随着收缩段长度的减小而增大,收缩段过长明显限制了喷射速度的提升。当收缩段长度为12.5mm、入口压力为3.6MPa时,两相流制冷剂达到临界速度;喉部长度1.5d最利于喷射速度的提升,在入口压力3.3MPa时制冷剂达到临界速度;扩张段长度2.75mm最利于喷射速度的提升,在入口压力3.2MPa时达到临界速度。（3）在四组不同结构尺寸的喷嘴模型中,两相流制冷剂经过临界流喷嘴后均形成液相包裹气相的环状流流型。从近壁面至中心轴,气相含量呈先升高后降低的趋势,壁面接近全液状态,沿径向两侧呈对称分布。在测试干度范围内（0.2～0.32）,喷嘴出口截面处制冷剂保持环状流型,干度对接近中心轴制冷剂含气率的影响大于近壁侧。