雙蒸發(fā)壓縮-噴射制冷系統(tǒng)及兩相噴射器的研究.pdf

1、在能源與環(huán)境問題日益突出的當(dāng)今社會(huì)，深入開展節(jié)能減排工作顯得尤為迫切。由于制冷暖通空調(diào)行業(yè)涉及人們?nèi)粘９ぷ骱蜕畹姆椒矫婷?，其能量消耗不容忽視，因此對其開展節(jié)能降耗的技術(shù)研究成為節(jié)能減排的一項(xiàng)重要工作。目前的制冷暖通空調(diào)系統(tǒng)仍以傳統(tǒng)壓縮制冷循環(huán)為主，其系統(tǒng)中膨脹閥的節(jié)流損失嚴(yán)重，而用兩相噴射器作為制冷系統(tǒng)的膨脹裝置是一種回收節(jié)流損失的有效措施。因此，針對用兩相噴射器作為膨脹裝置的壓縮/噴射制冷系統(tǒng)及其兩相噴射器的研究，受到了越來越多研究

2、者的關(guān)注和重視。
　　在本文中，首先修正了兩相噴射器理論模型，設(shè)計(jì)加工了兩相噴射器，以制冷劑R134a為工質(zhì)，研究了兩相噴射器作為膨脹裝置的雙蒸發(fā)壓縮/噴射制冷系統(tǒng)的性能及其節(jié)能潛力；搭建了雙蒸發(fā)壓縮/噴射制冷系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，分析了工況參數(shù)對制冷系統(tǒng)性能及兩相噴射器性能的影響規(guī)律；最后研究了噴射器幾何結(jié)構(gòu)尺寸對兩相噴射器性能及制冷系統(tǒng)性能的影響。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：
　　（1）修正了等面積混合兩相噴射器模型，在模型建立過程

3、中，考慮了制冷劑真實(shí)物性參數(shù)、混合室摩擦損失等因素，利用該模型對以R134a為工質(zhì)的雙蒸發(fā)壓縮/噴射制冷循環(huán)進(jìn)行了熱力學(xué)分析，獲得了工況參數(shù)和噴射器面積比對制冷系統(tǒng)性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明：冷凝溫度、蒸發(fā)溫度、工作流體過冷度和高低溫蒸發(fā)器制冷負(fù)荷比對雙蒸發(fā)壓縮/噴射制冷系統(tǒng)性能的影響較大，引射蒸氣過熱度的影響較小。當(dāng)冷凝溫度越高、蒸發(fā)溫度越低、工作流體過冷度越小、高低溫蒸發(fā)器制冷負(fù)荷比越大時(shí)，雙蒸發(fā)壓縮/噴射制冷系統(tǒng)的節(jié)能效果越顯著。與

4、傳統(tǒng)壓縮制冷循環(huán)相比，在研究工況范圍內(nèi)，雙蒸發(fā)壓縮/噴射制冷循環(huán)COP最大可提高30.77％，單位容積制冷量最大可提高43.77%。噴射器存在一最優(yōu)面積比使雙蒸發(fā)壓縮/噴射制冷循環(huán)性能最佳，最優(yōu)面積比值隨工況參數(shù)的變化而變化，并得到了噴射器最優(yōu)面積比與工況參數(shù)的如下關(guān)聯(lián)式：此處為公式省略??????????
　　（2）設(shè)計(jì)加工了兩相噴射器，以 R134a為工質(zhì)，搭建了的雙蒸發(fā)壓縮/噴射制冷系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，研究了工況參數(shù)對制冷系統(tǒng)性能的

5、影響，并與相同制冷量和外界工況參數(shù)條件下的傳統(tǒng)壓縮制冷系統(tǒng)性能進(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明：在研究工況范圍內(nèi)，與傳統(tǒng)壓縮制冷循環(huán)相比，雙蒸發(fā)壓縮/噴射制冷系統(tǒng)總?損降低，COP和?效率升高，且 COP和?效率的提高率隨冷凝器進(jìn)水溫度和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增加、高溫蒸發(fā)器進(jìn)水溫度的的減小而增大。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速固定時(shí)，雙蒸發(fā)壓縮/噴射制冷系統(tǒng)較傳統(tǒng)壓縮制冷系統(tǒng) COP和?效率的提高率分別為16.94~30.59%、7.57~28.29%，總?損可減小8.3

6、8~26.15%；變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，雙蒸發(fā)壓縮/噴射制冷系統(tǒng)較傳統(tǒng)壓縮制冷系統(tǒng) COP和?效率的提高率分別可達(dá)32.64%和23.32%。隨引射流體質(zhì)量流量的增加，雙蒸發(fā)壓縮/噴射制冷系統(tǒng)?效率逐漸減?。幌到y(tǒng)COP先增大后減小，引射流體質(zhì)量流量為45.5kg/h時(shí)， COP達(dá)到最大值。低溫蒸發(fā)器進(jìn)水溫度對雙蒸發(fā)壓縮/噴射制冷系統(tǒng)性能的影響相對較小。
　?。?）利用搭建的雙蒸發(fā)壓縮/噴射制冷系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研究了工況參數(shù)對固定幾何結(jié)構(gòu)尺

7、寸兩相噴射器性能的影響規(guī)律。結(jié)果顯示：在所研究實(shí)驗(yàn)工況范圍內(nèi)，噴射器引射系數(shù)隨壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、冷凝器進(jìn)水溫度和高溫蒸發(fā)器進(jìn)水溫度的升高而減小，隨低溫蒸發(fā)器進(jìn)水溫度和引射流體質(zhì)量流量的增加而增大；噴射器壓升比隨壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、冷凝器進(jìn)水溫度和高溫蒸發(fā)器進(jìn)水溫度的升高而增大，隨低溫蒸發(fā)器進(jìn)水溫度和引射流體質(zhì)量流量的增加而減小；噴射器效率隨壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增加先減小后增大，隨冷凝器進(jìn)水溫度的增加而增大，隨高溫蒸發(fā)器進(jìn)水溫度的升高和低溫蒸發(fā)器進(jìn)水溫度的降低

8、而減小，隨引射流體質(zhì)量流量的升高先增大后減小。
　　（4）基于Ansys Fluent流體計(jì)算平臺(tái)，通過udf自定義函數(shù)加載氣液相變模型和兩相流聲速模型，以實(shí)驗(yàn)工況參數(shù)為邊界條件，研究了噴射器幾何結(jié)構(gòu)尺寸對兩相噴射器性能的影響。計(jì)算結(jié)果表明：工作流體的臨界質(zhì)流密度隨工作噴嘴入口壓力和過冷度的增加而增大，得到了工作噴嘴入口壓力0.1~2MPa、無量綱過冷度△T*sub為0~1工況條件下的制冷劑R134a的壅塞關(guān)聯(lián)因子Cf值（0≤△T

9、?sub<0.15:Cf=0.96；0.15≤△T?sub≤1:Cf=1），并通過與水的壅塞關(guān)聯(lián)因子取值對比發(fā)現(xiàn)，飽和或過冷液體在工作噴嘴內(nèi)的閃發(fā)壅塞流動(dòng)過程中， R134a的亞穩(wěn)態(tài)效應(yīng)弱于水的亞穩(wěn)態(tài)效應(yīng)。在所考察工況條件和噴射器幾何尺寸范圍內(nèi)，較小的工作噴嘴喉部直徑、較大的工作噴嘴出口直徑使噴射器性能急劇下降；較長的混合室長度和較小的混合室直徑使噴射器壓升比小于1，當(dāng)混合室長徑比為10時(shí)，兩相噴射器性能最優(yōu)；擴(kuò)壓室擴(kuò)壓角不應(yīng)大于9°。