喷射制冷系统论文

喷射制冷系统论文（精选6篇）

喷射制冷系统论文 篇1

1 概述

通过高速喷嘴喷射器喷嘴在低压气体的高压气流, 两个气流混合在混合室和扩压器增压, 工作条件下消耗一定的高压气体, 提高低压气压从进气口进入喷射器, 这种装置称为喷射器。喷射冷却技术是一种利用热驱动的冷却技术, 它可以利用余热, 废热, 地热, 制冷太阳能等低品位热能。其主要特点是喷射器代替压缩机, 与常用的机械压缩式制冷相比具有以下优点:a.一个简单的设备, 喷射器代替压缩机, 除了循环泵, 无运动部件, 不易损坏, 维修费用少。b.可以充分利用低品位能源, 节省电力。c.运行稳定, 不怕振动。

2 喷射式制冷系统

喷射式制冷循环以喷射器代替压缩机, 以消耗热能补偿来实现制冷, 喷射式制冷系统由加热器、喷射器、冷凝器、蒸发器及节流装置等组成。工作原理图如图1所示。

喷射器是制冷系统的主要部件, 对喷射器的运行效率有重大影响的是其压缩比, 从而降低喷嘴出口压力升高或喷射器的吸入压力可大大提高喷射器的效率。索科洛夫hershgal及其合作伙伴在多年研究的基础上, 发表了一系列论文[1,2,3], 提出混合喷射系统[1]是涡轮增压喷射制冷系统, 压射系统不增压喷射机相比, 系统的效率得到了很大的提高, 适应性。两个环路可以提高喷射制冷循环系统的效率。虽然机械压缩机具有效率高、结构紧凑的尺寸, 然而, 压缩机不能用低温热;结合压缩机制冷系统效率的注入大大提高, 从而提高竞争力的喷射系统, 为更有效地利用低温热源的基础。制冷剂在喷雾冷却系统的性能有很大的影响, 使用前的R11由于其强大的大气臭氧层破坏的氟制冷剂喷雾系统更是禁用的, 所以要找到一个适合于无污染新工质喷射制冷系统中制冷剂作为制冷剂, 一个新的除了对环境无污染, 还必须为系统提供良好的性能。从实际的考虑和研究的发展, 的现实性和可能性的考虑, 我们选择了以R11性能接近六种制冷剂为研究对象。

3 喷射式制冷系统工质选择计算

3.1 喷射式制冷系统性能的评价方法

喷射式制冷系统和蒸汽压缩式和不同的吸收式制冷系统, 喷射器的喷射式制冷系统的关键部件, 它是从蒸发器和压缩冷凝压力的低压蒸汽喷射器的作用。引射系数通常是用来评价喷射器的性能, 它被定义为喷射流 (从蒸发器) (发电机) 和主动空气质量

3.2 制冷剂的选择

由于大多数考虑相对较新的制冷剂热物理的细节, 我们很难得到, 本文采用文献[4]计算它们的物理参数的方法。该方法只需要知道的关键参数, 正常沸点与分子结构可以很好的计算如PV T特性, 比热、潜热蒸发参数。通过研究得出的有关制冷剂的基本物性参数和在典型工况下的系统性能参数如表1所示。

通过制冷循环热力计算比较R600a、R123、R114b、R600a四种工质的喷射制冷循环性能, 在相同制冷条件下R123、R114b可以获得较R11更高的喷射系数和性能系数, 且R123、R134a对大气臭氧破坏性和温室效应危害豁远小于R11, 所以, 对喷射制冷机而言, R123和R134a均是目前较理想的替代工质。

4 结论

喷射式制冷系统是一种结构简单, 运行可靠, 可广泛应用于太阳能的利用, 余热, 余热回收, 喷射式制冷和太阳能和余热驱动的制冷方式的组合可以提高制冷, 喷射器的结构设计的性能, 制冷剂的选择, 对喷射式制冷系统周期的选择对喷射式制冷系统性能的重要影响。因此, 喷射制冷循环和冷却的正确选择增加喷射器工作效率具有十分重要的意义。

1废水换热器2主喷射器3冷凝器4蒸发器5节流阀6辅喷射器

参考文献

[1]M1Sokolov and D1Hershgal1Enhanced ejector refrigeration cycles powered by low-grade heat, part I&II1Int1J1Refrig1, 1991, 13:351-363

[2]M1Sokolov and D1Hershgal1Solar-powered compression-enhanced ejector air conditioner1Solar Energy, 1993, 50 (6) :183-194

[3]M1Sokolov and D1Hershgal1Optimal coupling and feasibilityof a solar-powered by year-round ejector air condition and Solar Energy, 50 (6) :507-516

[4]Reid R C, et al.P ropert ies of gases and liquids.Fourth Edit ion, Singapo re:M cGraw 2H illBook Co, 1994

喷射制冷系统论文 篇2

空调系统已逐渐成为轿车的标准设备。现有汽车使用的空调器种类较多，其结构大同小异。维护间隔一般应为一年一次或视需进行。在使用中如发现其制冷效果不佳时，应进行检查，故障一般多为制冷剂泄漏所致。可以通过以下步骤进行检查修理。

1.查找泄漏部位

目前车辆上使用的空调系统一般为单冷开启式，制冷剂多采用氟里昂(R12或氟里昂的替代产品134a)。在使用中，制冷剂易从各连接接头、油封处泄漏，制冷剂泄漏将会导致制冷效果差或不制冷等现象。

(1)检查漏油痕迹。在空调制冷循环系统中，冷却油是用来润滑密封轴承以及压缩机内其他运动部件的，少量的润滑油将会与制冷剂一起进入制冷循环系统中。如果制冷循环系统发生泄漏，泄漏处就会出现油渍，所以在检查中，发现管路及接头处有油渍，就可以确定该处有泄漏故障，应进行修理。

(2)观察检视窗，判定制冷剂泄漏情况。起动发动机(约1000r/min)，打开制冷控制开关(A/C)，将温度开关控制杆置于COLD(冷)位置，风扇开关开到最大的位置，可以从检查窗处观察到制冷剂的流动状态，来判断制冷循环系统中有无泄漏，制冷剂流动正常：制冷剂大体上透明，此时出风口的风是冷的。制冷系统的状态正常。制冷剂不足：制冷剂不足时，就会经常看到气泡流动，制冷剂呈乳白色，这时制冷效果不佳。

没有制冷剂：如果制冷系统严重泄漏，观察玻璃窗内就什么也看不到，此时空调系统不会制冷。富康轿车的储液罐上有A、B两个检视窗。检视窗A可以判断储液罐中干燥剂的水分含量是否饱和。若呈蓝色，表示正常;若呈红色，表示水分已呈饱和状态。应缓慢的排尽空调系统中的制冷剂，更换储液罐中的干燥剂，然后重新加注制冷剂。B检视窗的作用和前面介绍的内容相同，主要用于观察制冷剂的情况。

在检查时，所有连接部位或冷凝器表面一旦发现油渍，一般都说明此处有制冷剂泄漏。发现有泄漏现象时，应及时进行排除泄漏故障，补充制冷剂和润滑油，以防泄漏润滑油，损坏空调系统。

2.检查空调系统的工作情况

检查时将汽车停放在通风良好的场地上，保持发动机中等转速，将空调机风速开到最大挡，使车内空气内循环。

(1)从各部的温度判断空调状态。用手触摸空调系统及各部件，检查表面温度。正常情况下，低压管路呈低温状态，高压管路呈高温状态。

高压管路：压缩机出口冷凝器储液罐膨胀阀进口处。这些部件应该先暖后热，手摸时应特别小心，避免被烫伤。如果在其中某一点发现有特别热的部位，则说明此处有问题，散热不好。如果某一点特别凉或结霜，也说明此处有问题，可能有堵塞。干燥储液器进出口之间若有明显温差，说明此处有堵塞。

低压管路：膨胀阀出口蒸发器压缩机进口，这些表面应该由凉到冷，但膨胀阀处不应发生霜冻现象。

压缩机高低侧之间应该有明显的温差，若没有明显温差，则说明空调系统内没有制冷剂，系统有明显的泄漏。

(2)清理空调装置上的杂物。检查蒸发器通道及冷凝器表面，以及冷凝器与发动机水箱之间(停机检查)是否有杂物、污泥，要注意清理，仔细清洗。冷凝器可用毛刷轻轻刷洗，注意不能用蒸气冲洗。

喷射制冷系统关键部件的数值分析 篇3

喷射器是利用流体传递质量和能量的设备,由于其结构简单、无运动部件、性能可靠、运行经济、维修方便等诸多优点,在制冷领域有很多应用。尽管喷射器效率较低,但其可与太阳能相结合,可有效降低使用常规机械压缩制冷设备带来的电力消耗,进而减少资源的消耗和环境污染。因此随着太阳能的利用开发、制冷技术的发展,以及人们对于环境保护意识的增强,国内外学者针对喷射式制冷技术的研究开展了大量的工作[1,2,3,4]。

作为喷射制冷系统的核心部件,喷射器内部流场复杂,且实验观测难度较大[5]。计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)不仅能描绘大致的流场状态,还能提供一些实验不能或者很难测定的信息[6,7,8]。本文利用FLUENT软件,对喷射器的内部流场进行数值模拟,分析可调喷嘴的喷射器与传统喷射器的热力参数关系,探讨喷嘴结构调节对设备运行的影响,以期更好地服务于喷射制冷系统,实现制冷剂变流量调节。

1 数学模型

为简化计算,将引射流体的侧向入口简化成轴向环形入口,忽略横向进入喷射器的流体对引射室内流动的扰动,从而喷射器内的流动过程简化为二维流动。采用二阶精度的有限容积法(FVM)离散控制方程,RNG k-ε模型模拟流动中的湍流现象[9],近壁面处使用壁面函数修正法对超音速混合过程进行数值模拟。采用分块结构化网格,保证网格的连续性,以准确捕捉流体流动过程中参数的变化规律。

可调式喷射器及喷嘴简局部计算的几何尺寸和网格示意图如图1所示。喷射器结构通常分为喷嘴、混合段和扩散段。假设固体壁面绝热、无滑移,工质采用水蒸气真实物性。

2 计算结果分析

2.1 可调式与固定结构喷射器的流场对比

在此对比计算中,采用相同的入口边界条件,工作流体压力为0.3MPa,引射流体压力为0.08MPa,壁面(包括喷嘴内外侧壁面、整个喷射器内壁)假设速度为零,出口流体压力为0.22MPa。

可调式喷射器与固定结构喷射器在几何轴线上压力的比较如图2所示。在相同的入口条件下,可调式喷射器与固定结构喷射器的沿轴线压力变化趋势相似,但可调式喷射器的压力值较低。

固定结构喷射器的工作蒸汽流出喷嘴喉口(x=120mm处),由于喷嘴的扩散作用轴线上的压力开始显著降低直至75kPa(x=171mm处),形成的真空吸入引射蒸汽。受引射蒸汽与工作蒸汽在混合室混合的影响,轴线压力在203mm处降至最低的55kPa,而后呈线性增加,直至混合室出口(x=363mm处)的100kPa。混合流体进入扩压室,受截面积增大的影响,轴线压力增加呈二次曲线形式,压力恢复的速度明显快于混合室。出口压力为0.24MPa,喷射系数0.21。

由于可调式喷射器的几何轴线在0～150mm是调节锥,所以压力分布从150mm以后开始。调节锥的存在使工作蒸汽在喷嘴出口形成的真空度更大,在195mm处压力降至最低值26kPa,比固定结构喷射器的最小值低65.3%。更大的真空度有利于引射流体的吸入,但同时需要注意,调节锥的存在减小了喷嘴喉口截面积,也减少了工作流体的流量。在相同的工况下,可调式喷射器的出口压力为0.21MPa,升压作用不如固定结构喷射器明显,但有较高的喷射系数0.31。

可调式喷射器与固定结构喷射器在几何轴线上流体速度的比较如图3所示。在相同的入口条件下,可调式喷射器与固定结构喷射器的沿轴线速度变化趋势相似,但可调式喷射器的速度值较高。

固定结构喷射器的工作蒸汽受缩放喷嘴形状的影响,在120mm处(对应图2中的压力陡降)开始急剧加速达到超音速,最大速度达627m/s。加速过程中产生的速度波动,可能与工作蒸汽同引射蒸汽在轴线附近混合产生的扰动有关。混合流体在混合室内流动趋于平缓,速度降低但不明显。混合流体进入扩压室,轴线上的流体速度下降比较明显,从600m/s降至出口处的216m/s。

由于调节锥的存在,可调式喷射器的轴线速度分布也是从150mm处开始。调节锥使工作蒸汽在喷嘴出口的速度更高,在195mm处达到最大值649m/s,比固定结构喷射器的最大值提高3.5%。与固定结构喷射器相比,混合流体在混合室内流体流动趋势基本相似,只是速度稍高;在扩压室速度降低得更为明显,出口流速229m/s,略高于固定结构喷射器。

2.2 可调式喷射器调节锥不同位置的流场对比

取两个典型位置:x1—调节锥进入喷嘴,顶端处在喷嘴出口截面上,喷嘴截面积为64mm2;x2—调节锥尚未进入喷嘴,顶端处在喷嘴喉口截面上,喷嘴截面积为59mm2。在变化过程中喷嘴出口截面积始终保持71mm2。

可调式喷射器的调节锥在不同位置时的轴线压力如图4所示。

从图4中可看出,调节锥进入喷嘴,即在x1位置,起始点的轴线压力低于x2,这是由于x1的调节锥位置影响了工作蒸汽在缩放喷嘴内部的膨胀。x1位置的喷嘴出口轴线压力可达更低,为30kPa,低于x2位置最低压力22%,且轴线附近的流体流动更趋平缓。调节锥不进入喷嘴时,即在x2位置,喷嘴出口的轴线压力有波动,表示轴线附近的流体有少许扰动。

在混合室内,x1、x2对应的混合流体轴线压力的升高趋势大致相同,只是由于x1位置的初始压力较低,所以对应的轴线压力升高更快。二者在扩压室内的轴线压力状况更加相似,出口压力都是0.21MPa。

可调式喷射器的调节锥在不同位置时的轴线速度如图5所示。从图5中可看出,x1、x2位置对应的初始速度相差很小。在喷嘴部分的加速过程中,二者的趋势也基本相同。区别在于,调节锥在x1位置的加速更线性,最高速度643m/s,而x2位置对应的轴线速度出现稍许波动,可能是受到流体混合的影响,最大速度637m/s。

在混合室内,x1、x2对应的混合流体轴线速度的降低趋势大致相同,由于混合室的横截面积不发生变化,流体速度主要受边界层影响,所以流速损失不大。二者在扩压室内的轴线压力状况也基本相似,只是x1位置对应的出口流速更低,为213m/s。

由图4、图5可知,调节锥的位置对可调式喷射器的流场的整体影响不很明显,但与x2位置相比,调节锥的轴向进入喷嘴,提高喷嘴出口处流体的轴线速度0.1%,减弱流体混合的扰动,降低喷射器出口轴线流速8.9%。

3 结论

应用CFD方法计算可调式喷射器的流场,结果显示:

1) 在相同的入口条件下,相比于固定结构喷射器,可调式喷射器在喷嘴出口处的速度提高3.5%,真空度提高65.3%,喷射系数提高47.6%,但升压作用减弱,工作流体的流量减少。

2) 调节锥进入喷嘴可达到更低的轴线压力,提高喷嘴出口流体的轴线速度,减弱流体混合的扰动,降低喷射器出口轴线流速8.9%。

参考文献

[1]SUN DW.Solar powered combined ejector-vapour com-pression cycle for air conditioning and refrigeration[J].Energy Conversion Management,1997,38(5):479-491.

[2]陈雪松,刘征,张琨,等.蒸汽喷射器在节能应用中的性能分析[J].节能,2011,30(7、8):135-137.

[3]NGUYEN V.M,RIFFAT S.B,DOHERTY P.S.Develop-ment of a solar-powered passive ejector cooling system[J].Applied Thermal Engineering,2001,21:157-168.

[4]PIANTHONG K,SEEHANAM W,BEHNIA M,et al.In-vestigation and improvement of ejector refrigeration systemusing computational fluid dynamics technique[J].EnergyConversion and Management,2007,48:2556-2564.

[5]Philippe Desevaux.A method for visualizing the mixingzone between two coaxial flows in an ejector[J].Opticsand Lasers in Engineering,2001,35:317-323.

[6]SRIVEERAKUL T,APHORNRATANA S,CHUN-NANONOD K.Performance prediction of steam ejector u-sing computational fluid dynamics:Part 2.Flow structureof a steam ejector influenced by operating pressures andgeometries[J].International Journal of Thermal Sciences,2007,46:823-33.

[7]RIFFAT S.B,GAN G,SMITH S.Computational fluid dy-namics applied to ejector heat pumps[J].Applied ThermalEngineering,1996,16(4):291-297.

[8]BARTOSIEWICZ Y,AIDOUN Z,DESEVAUX P,et al.Numerical and experimental investigations on supersonic e-jectors[J].International Journal of Heat and Fluid Flow,2005,26:56-70.

喷射制冷系统论文 篇4

随着人民生活水平的不断提高, 空调能耗在不断的增加。在我国, 制冷空调耗电量约占总耗电的20%[1]。能源供应的日趋紧张及人们对室内热环境、室内空气品质的要求愈来愈高, 迫切要求寻求一种新能源来解决此问题。太阳能既是一次能源, 又是可再生能源。近年来太阳能作为驱动能源的制冷系统得到了广泛的发展, 尤其是太阳能喷射式制冷系统。文章利用热力学方程对太阳能喷射制冷系统进行分析, 以R134a作为太阳能喷射制冷系统的制冷剂, 研究实际气体的热力学过程, 确定喷射系数μ以及性能系数COP随蒸发温度的变化趋势, 为太阳能喷射制冷系统的计算提供依据。

1 太阳能喷射制冷系统

1.1 热力学分析

图1所示为太阳能喷射制冷系统示意图。系统主要由太阳能集热器、发生器、喷射器、冷凝器、蒸发器、节流阀、制冷剂泵等几部分组成。液态制冷剂在发生器中吸收传热工质的热量气化为高压气态制冷剂, 经过喷射器的喷嘴进行绝热膨胀, 在混合室内形成一股高速低压气流, 将蒸发器内的低压气态制冷剂吸入喷射器, 两者充分混合经扩压管减速增压后进入冷凝器, 在冷凝器中定压放热凝结为制冷剂液体后, 一部分经水泵加压后回到发生器, 另一部分经节流阀节流减压进入到蒸发器蒸发制冷[2]。

图2为太阳能喷射制冷系统的p-h图。过程1-2为制冷剂液体在发生器中汽化为高温高压工作流体的过程, 过程2-g为工作流体在喷射器喷嘴内膨胀至蒸发压力的过程, 过程3-e为引射流体在喷射器喷嘴内膨胀至蒸发压力的过程, 过程6-3为制冷剂在蒸发器内汽化为低压饱和蒸汽的过程, 点h表示的是状态g的工作流体和状态e的引射流体在喷射器内混合后状态点, 过程h-4为混合流体在喷射器扩散室内升压的过程, 过程4-5为喷射器出口的混合流体经冷凝器冷凝为饱和液体的过程, 过程5-1为冷凝器出口部分制冷剂液体经循环泵升压的过程, 过程5-6为冷凝器出口部分制冷剂经膨胀阀节流减压的过程[3]。

为了简化计算对系统分析时假设:工质在管道内的流动过程绝热, 且忽略在管道及换热器内的流动损失。该循环的性能系数定义为蒸发器的制冷量与发生器的换热量及循环泵消耗能量之比为

式中:Qe-制冷量, W;Qg-换热量, W;W-电能, W;me-引射流质量流量, kg/s;mg-工作流质量流量, kg/s;μ-喷射系数;h2-发生器出口焓值, k J/kg;h3-蒸发器出口焓值, k J/kg;h5-冷凝器出口焓值, k J/kg;h6-蒸发器进口焓值, k J/kg。

1.2 喷射器结构

图3为喷射结构图和其内部热力过程T-S图。喷射器主要由喷嘴、吸入室、混合室和扩散室等部件构成。依据文献[4]有以下假设: (1) 喷射器内为一维稳态流动; (2) 工作蒸汽和引射蒸汽均为饱和蒸汽, 且它们的动能忽略不计; (3) 工作蒸汽和引射蒸汽在混合室内等压混合; (4) 扩压室内的流体的流动过程近似为等熵过程, 不可逆因素可由系数修正; (5) 蒸汽通过喷射器的时间很短, 与外界的热交换可忽略不计, 因此可认为喷射器绝热; (6) 截面2-2为“假想喉部“位置。

2 确定太阳能喷射制冷系统的性能

文章研究实际气体的性质, 为了确定其热力参数需建立实际气体的状态方程, 从而计算过程中的不可逆损失, 即得到工作喷嘴和引射喷嘴实际过程中的熵变。对以R134a作为制冷剂的太阳能喷射制冷系统的运行效果进行计算, 设定以下假设条件: (1) 冷凝器进出口的制冷剂呈饱和液体状态; (2) 蒸发器和发生器出口的制冷剂呈饱和蒸汽状态; (3) 膨胀阀内的节流降压过程为等焓过程; (4) 所有换热过程均无热量损失。

设置计算条件:冷凝温度为35℃, 发生温度为95℃。

2.1 计算蒸发温度为10℃时的性能系数

2.1.1 确定各状态点

(1) 2、3、4、5状态点的确定

该点均在饱和状态, 直接查压焓图可得。

(2) 6状态点的确定

膨胀阀内的节流降压过程为等焓过程, 可借助压焓图由状态点5确定状态点6。

(3) 1状态点的确定

5-1的实际循环为熵增过程, 计算其熵增。

根据范德瓦尔方程[4]

式中:a、b是与气体种类有关的正常数;Vm-气体摩尔体积, m3/mol;p-气体压强, Pa;R-气体常数, J/ (mol·K) ;T-体系温度, K。

根据[4]可知

式中:pcr-临界压力, Pa;Vcr-临界摩尔体积, m3/mol;Tcr-临界温度, K。

将R134a的物性参数代入 (3) 式可得:R=7.27J/ (mol·K) a=0.7674*10-6b=0.0836*10-3

将 (2) 式转化为

得

根据循环关系

[6]根据经验式

根据第二ds方程为

根据公式 (6) 、 (7) 、 (8) 联立可得

由此可计算出5-1过程的熵增△S5-1=0.00257k J/ (kg·K)

由5-1过程的熵增和压力可以求出状态点1

(4) e和g状态点的确定

[6]引射流体将于截面达到临界状态, 在该处的压力为

式中:K为绝热系数;p-气体压强, Pa。

k取1.29, 可得pe=0.2258Mpa

3-e过程熵增计算同上, △S3-e=0.000957k J/ (kg·K)

由3-e过程的熵增和压力可以求出状态点e

根据Pe=pg可得g点压力;2-g过程熵增计算同上, △S2-g=0.0047k J/ (kg·K)

由2-g过程的熵增和压力可以求出状态点g

(5) h状态点的确定

h-4过程熵增远远增加, 不可按上述公式进行计算, 可按其经验等熵效率为99%进行计算得到Sh=S4*0.99k J/ (kg·K) =1.692k J/ (kg·K)

由h-4过程的熵增和压力可以求出状态点h

2.1.2 将以上状态点列入表中

2.1.3 计算性能系数COP

(1) ug、ue的确定。工作流体和引射流体通过工作喷嘴和引射喷嘴时能量守恒, 忽略其饱和蒸汽时的速度。

(2) 喷射系数μ的确定。混合过程中动量守恒和能量守恒方程为

其中μ, φ分别表示喷射系数和动量修正系数, φ可取0.95。u和h表示各状态点的速度和焓值。

将公式 (11) 、 (12) 代入到 (13) 中可得其喷射系数μ

由 (14) 式解的喷射系数μ=0.36

(3) 性能系数COP的确定

2.2 计算蒸发温度为18℃时的性能系数

计算方法同上, 列表可得, 如表2。

2.3 计算蒸发温度为0℃时的性能系数

计算方法同上, 列表可得, 如表3。

3 结束语

以R134a作为制冷剂的太阳能喷射制冷系统的喷射系数和性能系数随蒸发温度的变化情况如图4所示。

摘要：文章主要对R134a太阳能喷射制冷系统进行气体的热力计算, 采用热力学方程计算实际过程的熵变, 研究喷射系数μ以及性能系数COP随蒸发温度的变化趋势。结果表明喷射系数和性能系数均随着蒸发温度的升高而增加。

关键词：太阳能,喷射制冷系统,热力学,COP

参考文献

[1]汤小亮.太阳能制冷用小型喷射器的性能及优化研究[D].上海:东华大学, 2009.

[2]张于峰, 赵薇, 田琦, 等.喷射器性能及太阳能喷射制冷系统工质优化[D].天津:天津大学.

[3]张博, 左计学, 钟福春, 等.以R236fa为制冷剂的太阳能喷射制冷系统研究[D].辽宁:大连理工大学.

[4]王菲, 沈胜强.不同制冷剂喷射制冷性能计算分析[D].辽宁:大连理工大学.

[5]沈维道, 蒋智敏, 童钧羹.工程热力学[M].北京:高等教育出版社, 2007.

喷射式制冷利用技术研究综述 篇5

喷射式制冷主要由发生器、喷射器、蒸发器、冷凝器、制冷剂泵和节流阀组成,其工作原理如图1所示。低沸点的液态制冷剂在发生器里受到热源的加热而成为过热制冷剂蒸汽,进入喷射器,经过缩放喷嘴后动能增加,压力降低,进而将蒸发器里的制冷剂液体闪蒸成为气体,过热制冷剂蒸汽将其吸入喷射器混合完成后,扩压进入冷凝器冷凝为液态,一部分经节流阀进入蒸发器,另一部分经泵回到发生器,完成循环。

由于喷射制冷可利用低品位的余热驱动,因此近年来在节能环保领域受到越来越多的重视。然而,喷射制冷的效率不高,其影响因素有很多,为此,许多学者从工质、运行参数、系统优化等方面展开研究,并且其应用前景也很广阔。

1系统工质的筛选研究

一般来说,喷射制冷要求制冷工质要有很好的热物理特性,如蒸发潜热高、发生温度范围广,但压力适中、临界温度高、传热特性好等。例如水作为喷射制冷工质,它的蒸发潜热大,但制冷温度只限于在0℃ 以上,这就限制了其制冷效率最高不超过0. 5,而且对热源温度要求高。而某些环境友好型的卤烃化合物如R113可以利用60℃ 左右的热源, 制冷效果可达到0. 4 ~ 0. 6。

喷射制冷工质一般包括卤烃化合物、氢氟碳化物( HFCs) 、碳氢化合物( HCs) 、氨、碳氧化物等,使用过程中,一般有纯工质和混合工质之分,混合工质根据沸点又分为非共沸、共沸两种情况,其中非共沸混合工质研究的较多。

1. 1纯工质的研究

目前,国内外对于喷射制冷纯工质的物性和筛选进行了很多研究,主要涉及工质热力学性能对比,对运行条件的要求以及环保性等方面。B J Huang[1]等研究了R141b作为制冷剂的喷射制冷性能,发现在发生温度90℃ ,冷凝温度28℃ ,蒸发温度8℃条件下运行,试验发现性能系数可达0. 5。 有研究发现: 当热源温度在70 ~ 80℃ 时,R134a和R152a比较适合,而温度高于90℃ 时,R717表现更好[2]。但是欧盟2014年规定未来时间里将会逐步限制R134a、R404a、R410a等GWP高的工质的使用。甲醇由于其自身热物理特性好,环境影响小, 成本低等特点能够在蒸发温度低于0℃ 的条件下有较好的制冷效果[3],但是由于其具有毒性和易燃性,使用过程中要做好防范措施。最近,许多研究都集中在自然工质CO2( R744) ,它由于GWP值几乎忽略不计,ODP值为0,并且在超临界状态下循环( 临界温度接近31℃) ,工作压比很低,换热效率高,因此应用前景广阔[4]。文献[5]通过对5种制冷工质的理论分析和热力计算认为R600a是低品位热源应用喷射制冷装置的理想工质。

1. 2非共沸混合工质的研究

由于纯工质下的喷射制冷在低压缩比条件下运行无法获得较低的蒸发温度,但是双元非共沸混合工质则能够满足这一要求,因此人们对双元非共沸混合工质在喷射制冷中的应用进行了研究。

张于峰[6]等通过理论和试验研究认为,在发生温度80℃ 、冷凝温度40℃ 、蒸发温度10℃ 条件下,双元非共沸混合工质RC318 /R141b与纯工质R141b相比,其不仅增加了制冷量,还提高了制冷循环能效比。同时,对于完全蒸发情况下,工质对及气相浓度的选取对于喷射制冷热力性能有重要影响[7]。Sun[8]针对一种喷射与压缩联合循环系统,用R718作为喷射循环工质,R21作为压缩循环工质,跟使用纯工质作对比研究,发现其制冷效果有显著增加。

2系统性能影响因素研究

2. 1系统运行参数

影响喷射制冷性能的主要运行参数有发生温度、蒸发温度、冷凝温度,一般来说,发生温度和蒸发温度越高,冷凝温度越低,喷射制冷性能越好。

刘娜[9]等研究发现: 喷射制冷系统性能随蒸发温度和冷凝温度的变化比随发生温度变化更加敏感,因此系统设计过程中应该更多关注蒸发温度和冷凝温度对系统性能的影响。而喷射制冷系统的发生温度通常根据驱动热源的温度来选择。另外,文献[10]研究发现,同样条件下,冷凝温度改变能够提高制冷效果1. 22% ~ 1. 61% ,而蒸发温度改变只能提高0. 40% ~ 1. 27% 。因此,冷凝温度改变对制冷性能的影响比蒸发温度潜力更大。

2. 2喷射器结构参数

喷射器作为喷射制冷系统的核心部件,主要由喷嘴、吸收室、混合室和扩压室组成,其结构如图2所示。喷射器结构主要由面积比( 等面积混合段截面积与喷嘴喉部截面积之比Dm/ Dt、喷嘴出口位置NXP、等面积混合段长度Lm等尺寸决定,这些尺寸影响着喷射器的喷射系数的高低,而喷射制冷系统性能又与喷射系数紧密相关,为了取得最大的喷射系数,许多学者进行了相关研究。夏在超[11]等通过模拟与实验的方法发现在发生温度90℃, 蒸发温度5℃,冷凝压力为0. 25MPa时得到最大喷射系数的相关尺寸为L1= 3. 8mm,L2= 40mm, = 5°。而文献[12]研究表明: 喷射系数对于面积比和喷嘴出口位置的变化是最敏感的。

3联合循环系统相关研究

喷射制冷循环最大的缺点是效率低下,很难单独使用,因此多与其他制冷循环联合应用,主要有喷射- 吸收式联合循环、喷射- 吸附式联合循环、 热管喷射式循环和喷射- 压缩式联合循环。

3. 1喷射- 吸收式

喷射- 吸收式联合制冷循环是在原有吸收式制冷循环的基础上,在发生器和冷凝器之间增加了喷射器,利用发生器产生的高压蒸汽引射蒸发器里的低压制冷剂蒸汽,混合完成达到冷凝压力后进入冷凝器,其系统流程如图3所示。相比吸收式制冷循环,喷射- 吸收联合循环增加了蒸汽量在冷凝器和蒸发器里的循环,提高了效率。相比于双效吸收式制冷循环,喷射- 吸收联合循环结构明显简化。

文献[13]~ 文献[18的研究表明在以溴化锂- 水为工质时,联合制冷循环的性能系数比一般单效吸收式高30%~ 60% ,接近双效溴化锂吸收式制冷机的性能系数。同时,在文献[19]和文献[20]中也提到了增加发生器压力的三压喷射- 吸收式联合循环,其试验结果也认为制冷效果比单效循环提高60% 。程波[21]等研究也发现当喷射系数大于0. 5时,COP已超过传统双效吸收式制冷。

3. 2喷射- 吸附式

喷射- 吸附式联合制冷循环是在吸附制冷循环( 两个阶段: 加热脱附和冷却吸附) 基础上增加喷射器,将固体冷却吸附器同时作为喷射制冷循环的发生器,使得两种制冷方式在循环过程中不同阶段进行制冷,提高了单一固体吸附或喷射制冷的效率[22]。此联合循环在弥补吸附制冷间歇性的缺点的同时,由于加热脱附阶段蒸汽引射作用增加了蒸发器中制冷剂的量,提高了制冷系数。文献[23] 提出了一种利用太阳能驱动的固体吸附- 喷射制冷循环,该循环采用分子筛- 水为工质对,可以给用户提供290kg、45℃ 的热水; 而且相同条件下联合循环制冷效果比吸附循环提高10% 。

3. 3热管喷射式

热管喷射式制冷系统由热管、喷射器、蒸发器、 节流阀或毛细管等组成,发生段的工质被加热形成高压蒸汽,进入喷射器引射蒸发段蒸汽,混合后到达冷凝段冷凝为液体,一部分经节流阀进入蒸发段,一部分经过毛细作用回到发生段。文献[24] 和文献[25]分别从运行工况和以太阳能为驱动热源的热管喷射制冷进行了理论研究,发现热管喷射制冷系统具有广泛的应用前景,尤其在太阳能利用领域。文献[26]对热管喷射式制冷系统进行了数值模拟,发现系统COP可达0. 7,而且如果采用天然制冷剂或者多级喷射可以进一步提高系统性能。

3. 4喷射- 压缩式

喷射- 压缩联合制冷循环流程图如图4所示, 将喷射制冷和压缩制冷循环联合后,通过中间冷却器作为桥梁,既降低了压缩制冷冷凝温度,又升高了喷射制冷的蒸发温度,同时减少了节流膨胀损失,降低压缩机压力比,使得整个系统制冷性能得以提高。文献[27]发现在相同工作条件下,以R170 / R600a为混合工质的复合制冷循环平均制冷效率较传统压缩制冷高60% 以上。另外,文献[28]提到了一种利用喷射器代替膨胀阀的压缩制冷系统,此系统可使用因膨胀损失过大而不适合于压缩制冷的工质。

4 应用研究

4.1供热领域

自从Lebranc和Parson首次提出喷射式热泵以来,许多人开始对其在供热领域的应用进行了研究[29]。在传统供热领域,依靠增加一次网供水流量或者供水温度来提高供热量显然受管道输送能力和热量损失影响较大,不易实现,因此降低一次网回水温度是增加供热能力的最佳方式。鉴于此, 王远超[30]等利用热电厂一次网供水为热源来驱动喷射式热泵( 见图5) ,可使一次网回水温度降至35℃ ,最大可增加50% 的供热量。

4. 2工业余热利用

工业余热作为低品位余热直接排放不仅造成浪费,还会造成热污染,因此,喷射制冷技术应用在工业余热领域具有非常好的前景。在钢铁行业,可以利用焦炉烟道气产生蒸汽进行制冷,曾永辉[31]研究了低压蒸汽喷射制冷机在焦化厂的应用,发现机组运行费用低于双效溴化锂制冷机,而且工作压力低,安全性能高,但也存在真空度不够、出现倒灌现象等问题。在石油化工行业,工艺流程产生的蒸汽和经发电后的乏汽可以加以回收利用,吴亚勤[32]等分析了乏汽喷射制冷在炼油厂的应用情况,喷射制冷不仅利用了低温余热,同时制冷过程中的低温冷却水还可以用于催化裂化、丙烷脱沥青及气体分馏等装置,既能减少冷却水用量,又提高了产品回收率。此外,江辉[33]等利用夏季玻璃厂高温烟气余热生产的高温蒸汽设计了一套喷射制冷系统,结果运行稳定可靠,在玻璃厂具有一定的推广意义。

4. 3发动机余热利用

近年来,汽车、船舶等交通工具的烟气余热应用研究已经引起人们重视,而喷射制冷作为可利用低温余热的制冷方式更具吸引力。马俊达[34]等选用R134a为制冷剂,分析了汽车发动机余热驱动的喷射制冷空调系统,结果系统COP可达0. 5,制冷量完全可满足车内空调使用,而且提高了发动机效率。董景明[35]等分析了船舶柴油机余热驱动的蒸汽喷射式制冷系统,制冷功率可达48. 72k W,足以满足船舶需求。

4. 4太阳能利用

利用太阳能来驱动喷射制冷是喷射制冷技术的一个研究热点,许多学者开展了大量工作。当前太阳能驱动喷射制冷的研究除了主要集中在集热器温度、日照强度等对制冷量、制冷性能系数等系统热工性能[36]以及系统高效运行时间[37]等方面以外,也有研究认为可以将其与燃气发电结合满足建筑冷热电需求[38]。

5结语

喷射制冷系统论文 篇6

设计了一套作为100 m3小型冷藏库冷源的风冷太阳能双级水喷射制冷系统, 其额定制冷量为8.3 k W;进而分别探讨了太阳辐射照度、冷藏温度、环境温度对该系统制冷量和性能系数 (能源利用效率指标) 的影响;在冷藏温度不低于6℃、环境温度不高于38℃、太阳辐照度不低于500W/m2的条件下, 系统的制冷量为5.6~20 k W, 性能系数为0.075~0.112。与传统蒸气压缩式制冷系统相比, 该新型制冷系统以清洁的太阳能驱动, 节约电力并降低了间接CO2排放;以引射器代替传统压缩机的功能, 没有易损部件, 所需维修少且寿命长;用自然中界存在的水作为制冷剂, 避免了使用传统制冷剂对臭氧层的损耗和温室效应。分析结果发现, 该新型制冷系统可稳定运行;亚热带地区夏秋季节太阳辐射强、气温高, 此时冷库热负荷增大, 但该系统所提供的制冷量也随之增加, 避免了传统的蒸气压缩式制冷系统在这种工作环境下往往有冷量提供不足或者能耗增加的现象。根据广西的气候特点, 虽然广西地区全年平均太阳辐照不够充足, 但该地区果蔬盛产期集中在夏秋季节, 而该时段太阳辐射较强, 能满足系统运行的需要。广西地区夏秋季节长, 使得在该地区应用这种系统更具意义。

当前, 由于交通不便, 广西农村地区农业生产因冷链供应不足造成了相当大的损失, 但这些地方人口不是很密集, 空间不受限制, 可方便就地安装太阳能制冷设备。与其他学者的研究成果相比, 该系统采用了方便的风冷系统而不是耗水耗材的水冷系统, 有助于节约水资源。依据应用特点采用了两级引射器, 使得系统在变化的工作条件 (冷藏温度或环境温度发生变化) 下具有更强的适应能力并为系统的扩展打下硬件基础, 能方便地与沼气、生物质能的应用相结合, 而这些可再生能源是广西、特别是农村地区的优势。开发能利用各种新能源的复合型喷射制冷系统, 是今后制冷行业研究的一个方向。