太陽(yáng)能?chē)娚渲评湎到y(tǒng)新型噴射器工作特性的研究.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和能耗的增加，能源和環(huán)境問(wèn)題已成為全世界關(guān)注的焦點(diǎn)。在我國(guó)，近年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，能源消費(fèi)呈持續(xù)上升趨勢(shì)，能源問(wèn)題已成為制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的主要問(wèn)題之一。實(shí)施先進(jìn)節(jié)能技術(shù)、提高能源利用效率，是我國(guó)目前能源領(lǐng)域最重要、最迫切的問(wèn)題。噴射式制冷以其可利用太陽(yáng)能、地?zé)崮芎凸I(yè)余熱等低品位熱源，受到國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的關(guān)注。
　　 噴射式制冷系統(tǒng)中的核心部件-噴射器，是一種利用高壓流體抽吸低壓流體的裝置，通過(guò)工作流

2、體的射流來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化；它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低廉、操作維修方便，對(duì)被抽介質(zhì)無(wú)嚴(yán)格要求等優(yōu)點(diǎn)。但目前對(duì)噴射器內(nèi)部流動(dòng)與混合機(jī)理認(rèn)識(shí)還很不全面，現(xiàn)有的噴射器設(shè)計(jì)方法存在一定的不足，造成其抽吸率較低，系統(tǒng)的工作效率不高，從而制約了其廣泛應(yīng)用，如何提高系統(tǒng)工作性能就成為當(dāng)前研究的主要任務(wù)，因此需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)噴射器設(shè)計(jì)理論、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工作機(jī)理以及噴射式制冷系統(tǒng)工作參數(shù)優(yōu)化方面的研究，設(shè)計(jì)出性能更好的噴射器，探索出更合理的系統(tǒng)

3、運(yùn)行方式。針對(duì)目前存在的問(wèn)題，本文主要做了以下工作：
　　 (1)提出了一種新的噴射器結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)方法--等馬赫數(shù)梯度(CMNG)設(shè)計(jì)法，通過(guò)改進(jìn)噴射器的關(guān)鍵部件--噴嘴、混合室收縮段以及擴(kuò)壓室的設(shè)計(jì)，使其母線呈流線型變化，即壁面的變化緊隨流體馬赫數(shù)的變化而變化，使流體能更好地貼附在壁面上，實(shí)現(xiàn)噴射器內(nèi)速度的均勻變化，減少?lài)娮斐隹诩盎旌隙蝺?nèi)渦流損失、壁面摩擦損失等，避免了擴(kuò)壓室內(nèi)速度的突變，消除擴(kuò)壓室內(nèi)激波的產(chǎn)生及由此引起的邊界

4、層分離現(xiàn)象。提高了工作流體的抽吸性能及混合流體的速度能向壓力能轉(zhuǎn)化的效率，從而有利于噴射器內(nèi)混合流體的排出，可有效提高噴射器的工作效率。另外，為便于計(jì)算噴射器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，編寫(xiě)了基于CMNG設(shè)計(jì)方法的噴射器設(shè)計(jì)計(jì)算程序。
　　 (2)就不同制冷劑對(duì)噴射器工作特性的影響進(jìn)行了詳細(xì)的分析與計(jì)算，結(jié)果表明R134a更適用于低品位熱驅(qū)動(dòng)的噴射制冷系統(tǒng)。當(dāng)冷凝溫度為30℃，蒸發(fā)溫度為5℃，發(fā)生溫度在70-85℃范圍內(nèi)變化時(shí)，其抽吸率比R12

5、3提高20.5％～71.8％，比R141b提高25％～39.7％，比R152a提高6.8％～19.6％。
　　 (3)詳細(xì)分析了工作參數(shù)的改變對(duì)噴射器抽吸率及系統(tǒng)COP的影響。通過(guò)改變工作流體入口壓力、引射流體的入口溫度以及噴射器出口背壓，得到了冷凝溫度變化對(duì)噴射器的抽吸率及系統(tǒng)COP值的影響最大，其次是發(fā)生溫度，而蒸發(fā)溫度對(duì)其影響相對(duì)最小。冷凝溫度每變化1℃，噴射器的抽吸率變化2.7％～8.5％，系統(tǒng)COP變化3.7％～8.9

6、％，蒸發(fā)溫度每變化1℃，噴射器的抽吸率變化1.4％～1.9％，系統(tǒng)的COP變化1.4％～2.1％；發(fā)生溫度每變化1℃，噴射器的抽吸率變化0.75％～4.4％，系統(tǒng)的COP變化僅為0.59％～6％。
　　 (4)利用流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件FLUNENT對(duì)按照CMNG設(shè)計(jì)方法得到的噴射器進(jìn)行了計(jì)算，通過(guò)對(duì)內(nèi)部流場(chǎng)的計(jì)算分析，揭示了噴嘴出口處兩股流體間由于存在較大的速度差，在交界面形成了一個(gè)不連續(xù)的間斷面，由于剪切力的作用，引射流體速度不

7、斷增大，工作流體的速度則逐步降低，兩股流體不斷進(jìn)行動(dòng)量和能量的交換，最終趨于一致；另外對(duì)按CMNG設(shè)計(jì)方法及常規(guī)設(shè)計(jì)方法得到的噴射器內(nèi)部流體流動(dòng)跡線進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比分析，計(jì)算結(jié)果表明按照CMNG方法得到的噴射器可有效的減少渦流損失、邊界層分離損失等。
　　 (5)利用模糊灰色理論，對(duì)影響噴射器性能的參數(shù)進(jìn)行了分析，得到了面積比是影響噴射器性能的主要因素，膨脹比和壓縮比對(duì)噴射器性能也有較為明顯的影響，而噴嘴位置對(duì)噴射器性能的影響相

8、對(duì)較小。通過(guò)對(duì)已有數(shù)據(jù)的分析，建立了灰色差分預(yù)測(cè)模型。
　　 (6)針對(duì)我國(guó)地域遼闊，南北氣候差異較大，同一時(shí)間不同地區(qū)的太陽(yáng)日照時(shí)數(shù)和太陽(yáng)輻照度差別較大的特點(diǎn)，建立了普適的太陽(yáng)能?chē)娚渲评湎到y(tǒng)數(shù)學(xué)模型，并選取具有代表性的七個(gè)城市，對(duì)太陽(yáng)能?chē)娚涫街评湎到y(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用前景、適用范圍進(jìn)行了詳細(xì)的分析與討論，得到系統(tǒng)COP在0.16-0.24之間，其中最高效率出現(xiàn)在太陽(yáng)能資源豐富的拉薩地區(qū)；在太陽(yáng)能資源一般地區(qū)，系統(tǒng)的平均總效率隨著緯度

9、的降低而降低，大部分地區(qū)平均系統(tǒng)COP在0.18以上，其太陽(yáng)能保證率在0.32～0.82之間，可減小空調(diào)能耗1/3～4/5。表明太陽(yáng)能?chē)娚渲评湎到y(tǒng)在我國(guó)大部分地區(qū)使用具有良好的工作特性，從而為太陽(yáng)能?chē)娚渲评湎到y(tǒng)推廣應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的依據(jù)。
　　 (7)以上海市為例，對(duì)用于辦公空調(diào)的太陽(yáng)能?chē)娚渲评湎到y(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化特性進(jìn)行了深入的分析與討論。得到了從上午8時(shí)到下午4時(shí)，太陽(yáng)能?chē)娚渲评湎到y(tǒng)能穩(wěn)定工作在COP為0.17-0.22之間，系統(tǒng)