两段式喷嘴对CO_2两相流引射制冷系统性能的影响

文章对采用两段式喷嘴的引射器及其两相流引射制冷系统在不同工况、不同几何尺寸条件下进行了实验研究。实验结果表明,在实验工况固定的条件下,采用两段式喷嘴的CO_2两相流引射制冷系统的COP随引射器第一喉部直径的增大而增大,引射比随第一喉部直径的增大而减小;系统COP和引射比随引射器中间连接直径的增大而减小。对于固定几何尺寸的引射器,系统COP随气冷器出口压力的升高而增大,引射比随气冷器出口压力的升高先减小后增大,在9MPa时引射比最小。与传统的CO_2制冷系统相比,采用两段式喷嘴的CO2两相流引射制冷系统的COP在不同工况的条件下均高于传统系统的COP,最大可提高约15%。     

双节流跨临界CO_2两相流引射制冷系统的实验研究

文中介绍在跨临界CO_2制冷系统中采用的双节流装置,第一膨胀阀用来控制高压侧压力,第二膨胀阀用两相流引射器代替,以回收系统膨胀功。对双节流装置引射制冷系统的性能进行了实验研究,分析了两段式喷嘴几何尺寸和工况变化对引射器性能和系统COP的影响。实验结果表明,在固定工况下,随着第一喷嘴扩张角的增加,引射比和压缩机耗功先增大后减小,而系统制冷量和系统COP呈相反的趋势;随着第一喉部当量直径的增加,引射比和系统COP都先增大后减小。在固定几何尺寸下,蒸发温度为-1℃和-3℃时,系统COP和引射比分别取得最大值;随着气冷器出口压力的升高,引射比逐渐增加,而系统COP逐渐减小。     

可调式引射器对两相流引射制冷循环系统性的影响

在两相流引射制冷循环中,采用引射器来代替膨胀阀,回收节流过程中的膨胀功。采用可调式喷嘴引射器,通过调节喷针的位置调节引射器喷嘴出口的流通截面积来改变工作流体的流量。对以R134a为工质的两相流引射制冷循环系统进行实验研究并对引射器内部的流动进行数值模拟,分析喷嘴喉部截面积和扩张角对R134a两相流引射制冷系统性能的影响。模拟结果和实验结果均表明:在定工况条件下,引射器的引射比随喷嘴喉部截面积的增大而升高,而随喷嘴扩张角的增大先升高后减小,在喷嘴扩张角为3°时取得最大值。系统的COP随喷嘴喉部截面积的增大先升高后减小,在喷嘴喉部截面积为2.84mm2时,系统COP取得最大值。     

喷嘴喉部直径对CO2引射制冷系统性能的影响

为探索两级汽液分离CO_2引射制冷系统中喷嘴第一喉部直径对其性能的影响,实验测量了使用不同喷嘴第一喉部直径的两级汽液分离CO_2引射制冷系统的性能,并与传统CO_2两级节流引射制冷系统进行了比较。实验结果表明,随着第一喉部直径的增大,引射比和系统COP均逐渐增大,引射比在第一喉部当量直径为2.0 mm时达到最大值,而系统COP在1.9 mm时达到最大值,但压缩机耗功基本保持不变。改进前后的引射制冷系统的引射比和COP随第一喉部直径的变化趋势相同,但对所有的实验工况条件,改进后的引射制冷系统的引射比、制冷量和COP均分别大于改进前的系统,且第一喉部当量直径越大,在系统中增加初级气液分离器对系统中引射器的引射比及系统性能的改善效果越好。     

工况对两相流引射制冷系统性能的影响

以R134a为工质,在不同工况条件下采用两段式喷嘴引射器对两相流引射制冷系统进行了实验研究,分析了冷凝温度和蒸发温度对R134a两相流引射制冷系统性能COP和引射比的影响,并与传统制冷循环系统进行了比较。实验结果表明:对于一定几何尺寸的引射器,系统COP随冷凝温度的升高而降低,随蒸发温度的升高而增大,在冷凝温度为40℃时,蒸发温度为1℃时,使用两段式喷嘴引射器时系统的COP要比传统蒸汽压缩循环的COP高22.7%,两相流引射制冷循环系统在较低的冷凝温度下更具有优势。     

CO_2两相流引射循环制冷系统性能的数值模拟

对引射器内部简化热力学模型进行了改进,建立了CO2两相流制冷系统的数学模型。利用MATLAB语言编写程序对该系统性能进行了模拟计算,分析了工况参数及引射比对引射循环系统性能的影响。模拟结果表明:CO2两相流引射循环制冷系统在较低的引射比条件下,就可以实现稳定运行,系统COP对气冷器出口温度的变化比较敏感,同时存在最优高压侧压力使系统COP达到最大;对于不同工况条件,CO2两相流引射循环制冷系统的COP比同工况条件下的传统系统的COP,理论上分别提高了11%～18%。     

汽液分离器对两相流引射器制冷系统性能的影响

针对汽液分离效果差的问题,重新设计了应用于两相流引射器制冷系统的汽液分离器,将使用新汽液分离器的两相流引射器制冷系统的性能与原系统进行了比较,分析了汽液分离器对引射器性能及制冷系统性能的影响。实验结果表明:重新设计的汽液分离器分离效果大大改善,对于不同的实验工况条件,采用新设计的汽液分离器的两相流引射制冷系统,主蒸发器制冷量由占总制冷量的21.1%~27.8%,提升到82.2%~87.3%,主蒸发器起到了主要作用;在引射器结构参数相同的条件下,引射器的引射比由0.2~0.46提升到0.56~0.64;采用新设计的汽液分离器系统制冷量和COP均与原系统基本相同。     

引射器结构参数对R134a制冷系统性能的影响北大核心

两相流引射器回收部分压力能,提高压缩机进气压力,从而减小压缩机的耗功、提高系统的性能。对R134a两相流引射制冷系统进行了实验研究,探讨引射器的结构参数对引射器和整个系统的性能的影响情况。实验结果表明,在蒸发温度/冷凝温度为-10℃/40℃,当喷嘴距为0mm时,引射器的引射比和压力提升比均最大,此时系统耗功最小,制冷量最大,系统的性能最优。在蒸发温度/冷凝温度为-10℃/40℃,引射器的扩张角为8°时,引射器的性能最佳,整个系统的性能最好。     

引射器结构参数对R134a制冷系统性能的影响

两相流引射器回收部分压力能,提高压缩机进气压力,从而减小压缩机的耗功、提高系统的性能。对R134a两相流引射制冷系统进行了实验研究,探讨引射器的结构参数对引射器和整个系统的性能的影响情况。实验结果表明,在蒸发温度/冷凝温度为-10℃/40℃,当喷嘴距为0mm时,引射器的引射比和压力提升比均最大,此时系统耗功最小,制冷量最大,系统的性能最优。在蒸发温度/冷凝温度为-10℃/40℃,引射器的扩张角为8°时,引射器的性能最佳,整个系统的性能最好。     

改进的CO_2两相流引射制冷系统性能实验研究

为了进一步优化系统,提升引射比,重新设计并制造了汽液分离器,将其增设于系统引射器之前,测试了不同工况下引射器及系统的性能,并将实验结果与传统系统进行了比较。实验证实,系统增设初级汽液分离器后可使引射效果得到提升,使主引射流以近乎单相流的状态进入引射器,从而使引射比增大,使制冷量和COP得到提高。当系统在只改变蒸发温度的工况下正常运行时,引射比可得到约22.4%～66.4%的提高,在蒸发温度为-2℃～3℃范围内,COP提高了约2%～26.9%;当系统在只改变气冷器出口温度的工况下正常运行时,系统COP可提高约1%～19%,在气冷器出口压力约为8.75 MPa时,系统性能达到最佳且引射比最大。     

旁通型喷嘴喷射器的环隙结构对性能的影响

对一种新型带旁通喷嘴的喷射器的性能进行了实验研究,分析了旁通喷嘴结构对喷射器引射特性的影响规律,结果表明:当喷射器处于临界模式下,旁通型喷嘴喷射器的引射性能要优于常规喷射器。环隙空腔间隙和第二喉部直径对引射性能的影响是非线性的。当环隙空腔间隙较小时,引射性能随着第二喉部直径的增大而提高;增大环隙空腔间隙后最优第二喉部直径将会减小。     

多联引射器CO_2制冷系统性能模拟及实验研究

为了评估工况参数对多联引射双温CO_2制冷系统性能的影响,采用集总参数法建立数学模型,模拟研究了中、低温蒸发温度及中间压力对系统性能的影响,并将不同中间压力下的模拟和实验结果进行了对比。模拟与实验结果表明,在不同中间压力工况下,引射比、系统制冷量及COP的模拟结果与实验结果趋势一致,在中间压力为3.9～4.0 MPa时,系统制冷量及COP取得最大值。模拟结果表明,随中温蒸发温度的升高,系统制冷量及COP均增加,引射比也逐渐增加,但中温蒸发温度高于-3℃时其对引射比的影响很小;随着低温蒸发温度的升高,引射比和系统制冷量变化不大,而系统COP逐渐增加。模拟和实验结果的误差在允许的范围内,验证了所建数学模型的可靠性。     

液-气引射制冷系统实验研究

本文提出了一种以蒸发冷却为原理的液-气引射制冷系统。高密度流体如有机溶液以及无毒的室温液态金属可作为系统的驱动流体,引射真空实验结果显示液态金属引射器表现出卓越的真空性能;当引射器的引射性能显著提高后,对系统继续开展引射制冷实验研究,分析讨论了三组制冷实验结果,其中采用异戊烷作制冷剂时,制冷效果最好,系统的制冷量和COP分别可达到35 W和0.60。     

等截面超-超引射器流场结构及引射性能

为考察超声速引射器直接引射超声速二次流时的性能,采用纹影技术和压力测量手段对一等截面超-超引射器的流场结构及其引射性能进行了实验研究。研究结果表明:一、二次流交汇后在混合室前段形成了复杂的超声速流场结构。根据二次流在混合室入口流动状态的不同,可将超-超引射划分为非饱和超-超引射和饱和超-超引射两种工作状态;二次流在混合室入口处产生的激波提高了引射器的压力匹配性能;在给定的引射系数下,引射器的增压性能随二次流马赫数的增大而降低,而引射马赫数对引射器压力恢复性能的影响不大。     

冷源冷量对压缩/喷射制冷系统性能影响的实验研究

实验研究了喷射器的最优喷嘴距及在此条件下,冷凝器进水冷量对喷射器及双蒸发压缩/喷射制冷系统性能的影响,同时对双蒸发压缩/喷射制冷系统与蒸汽压缩制冷系统进行了对比研究。结果表明:喷射器引射系数随冷凝器进水冷量的增大而减小,喷射器升压比随冷凝器进水冷量的增大而增大;双蒸发压缩/喷射制冷系统COP_P随冷凝器进水冷量的增加先快速增加后缓慢减小,冷凝器进水冷量存在一个合理值,当冷凝器进水冷量控制在17.81 kW时,系统性能最好;高温蒸发器的制冷量约占系统总制冷量的88%,低温蒸发器的制冷量约占系统总制冷量的12%;在不同的冷凝器进水冷量下,双蒸发压缩/喷射制冷系统比蒸汽压缩制冷系统COP提高约36%左右。     

可调式引射器内CO2跨临界流动的数值模拟

目前以CO_2为工质的可调节式引射器内部两相流研究较少,故对内部制冷工质的具体流动情况和相变规律具有进一步研究的意义。对关键尺寸参数相同的固定式引射器和可调节式引射器内CO_2制冷剂跨临界两相流动进行了数值模拟分析,对引射器内部和喉口局部的压力、速度和气体体积分数分布规律进行了比较,还分析了喷针有效长度对可调节式引射器的主喷嘴流量和引射器性能的影响。研究结果表明:两种引射器内部制冷剂压力、速度和气体体积分数变化趋势基本相同,工质均在喉口前发生了相变。相比于固定式引射器,可调节式引射器主喷嘴压降增加了69.9%,喉口速度增加了8.2%,气体体积分数增加了2.4%;喷针有效长度调节范围为0-0.8 mm时,相比于固定式引射器,主喷嘴流量减小了0.8%—8.4%,引射系数提高了7%—25.7%。     

带回热器的跨临界CO2两相流引射制冷系统性能实验研究

对带和不带回热器(IHX)的跨临界二氧化碳两相引射制冷系统进行了实验研究,主要分析了回热器、实验工况、引射器尺寸参数对系统性能的影响。结果表明:对于固定的气冷器出口温度、不同的气冷器压力工况,回热器的使用可使系统制冷量提高0.85%-8.60%,COP提高0.88%-11.7%;对于固定的气冷器压力,在不同的气冷器出口温度条件下,其制冷量可提高1.14%-2.92%,COP可提高0.99%-2.75%;在气冷器压力较低及出口温度较高的工况条件下,回热器对系统性能影响较大,系统COP及制冷量的最大改善均发生在上述工况条件下;喷嘴直径与引射器混合室长度之间存在一个最优匹配,两者的最优匹配能使系统COP大大提高。     

带引射器的R744/R717复叠式制冷系统的热力学分析

在R744/R717复叠式制冷系统中加入了引射器来回收膨胀功,并根据热力学第一定律建立分析模型。研究了中间冷凝温度、冷凝温度、蒸发温度和引射器组件效率对COP的影响。发现存在一个最佳中间冷凝温度使得系统COP达到最大值;在给定的条件下,与传统的复叠式制冷系统相比,带引射器的复叠式制冷系统的COP提高了6.4%~7.8%,并且引射器组件的效率越高,制冷系统的COP提升越明显。     

引射器内超临界CO2两相流动的数值模拟

对引射器内超临界CO_2两相流动进行了数值模拟研究。与已有实验数据对比验证了所建CFD模型的准确性,然后分析了引射器内速度、压力、体积分数的分布规律及主喷嘴扩散角对引射器性能的影响。结果表明:主流体从主喷嘴进入后压力降低,速度迅速增加,主喷嘴出口处速度达到最大值约为168 m/s,流体相变的起点在喉口附近;在混合室内两种流体混合,压力和速度先呈现出阶跃变化,而后趋于平稳,最后在扩散室内流体速度减小,压力增加;主喷嘴的最佳扩散角为6°左右,引射系数最高可达0.83。     

复叠式制冷系统性能的模拟分析

为提高制冷系统运行性能、优化系统结构设计,用EES软件对可实现复叠与双级压缩转换的制冷系统进行模拟分析,分析对比了复叠循环与双级压缩循环、级间容量比及高温级频率对复叠循环的影响。结果表明:蒸发温度对复叠循环和双级压缩循环系统COP的影响都很大,且蒸发温度较低工况下,应选用复叠循环以提高系统COP。对于复叠循环:蒸发温度和冷凝温度一定,随级间容量比的增加,复叠式制冷系统的中间温度降低,级间容量比与冷凝温度一定,蒸发温度每上升1℃,系统的中间温度增加1.5℃;当工况一定时,系统COP随级间容量比的增加呈现出先增大后减小的变化趋势,故对于固定工况下的复叠式制冷系统存在一个使系统COP最优的级间容量比;随高温级频率增大,系统的级间容量比减小,系统的COP先增大后缓慢减小,在达到最佳COP后,系统运行稳定。