基于双级喷射器的双蒸发器喷射制冷系统及混合工质性能分析研究

摘要

喷射式制冷系统可充分利用低品位热源来制取冷量，既能提高能源回收利用效率，还能有效缓解因直接排入大气的余热废气等所造成的环境污染问题。为了提高了喷射制冷的综合制冷效率，本文构建了一种基于双级喷射器的双蒸发器喷射制冷系统（TSERS），并对该系统进行了能量分析，传统分析和高级分析。从理论上分析了蒸发器冷量分配比，工作流体运行温度和工质物性对TSERS性能的影响。另外，对亚临界非共沸混合工质和CO2混合工质分别用于单级喷射制冷系统和TSERS时的性能进行了研究。 对比了三种双蒸发器喷射制冷系统的性能，在相同的制冷量条件下，相比于具有双蒸发器的单级喷射式制冷系统（SERS）和具有双蒸发器的双喷射制冷系统（TERS）两种基本系统，TSERS性能系数COP分别提高了42.1%和19.7%，效率分别提高了72.8%和24.6%，系统损失分别降低了44.0%和20.8%。TSERS中损失最大的三个部件分别是喷射器2、发生器和冷凝器，系统中大约44.8%的损失是可避免的。喷射器2具有最大的可避免损失和最大的可避免内源性损失，因此优化该部件对改进系统性能有很大帮助。系统三个主要损部件优化顺序是喷射器2、冷凝器、发生器。当低温蒸发器冷量与总制冷量负荷比Qe1/Qe从0.2增加到0.8时，系统COP的降低率为25%，效率变化不大，系统损失增加了34.92%。TSERS最佳压缩比在1.3左右。冷凝温度的变化对系统性能的影响最明显。制冷剂R152a作为制冷剂时系统性能略优于其它工质。 对于亚临界单级喷射制冷系统混合工质的研究，选择三种不同组分的混合工质（R601/R245fa、R245ca/R236ea和R245fa/R236ea）作为制冷流体，结果表明，随着较高临界温度工作流体质量分数的不断增加，喷射器喷射系数、系统COP和系统效率均是先增加再逐渐降低，最佳配比为0.6/0.4；在相同条件下，混合工质R601/R245fa表现出比其它两种混合工质更好的性能，当R601质量分数为0.6时，喷射器喷射系数、系统COP和?效率分别比纯工质增长了1.59倍、1.56倍和1.62倍。混合工质R601/R245fa作为单级系统的工作流体，当发生器温度上升15℃时，喷射器喷射系数、系统COP和效率分别升高了25.93%、20%和10.57%，混合工质的系统性能始终比纯工质的性能好。亚临界TSERS混合工质的分析表明R601质量分数为0.6左右时系统性能是最优的，相比于纯工质，系统COP也提高了1倍左右。当发生温度上升10℃时，喷射器1的喷射系数，喷射器2的喷射系数和COP分别上升了10.74%、17.26%和16.35%。当冷凝温度上升10℃时，系统COP了62.20%。随着低温蒸发器和高温蒸发器温度的上升，系统COP均是升高的。 混合工质CO2/R290作为跨临界单级喷射制冷系统的工作流体，研究范围内CO2占比为60%时性能最优。随着加热器压力的不断升高，喷射系数和COP均逐渐升高。加热器出口温度的升高会引起喷射器的喷射系数的上升，但系统COP呈下降趋势。随着冷凝器温度的升高，COP和喷射系数均是下降的，蒸发器温度的影响相反。CO2混合工质的性能是远高于跨临界CO2纯工质系统的，在最优配比下，喷射器喷射系数、系统COP分别比纯工质提高了2.36倍、4.45倍，混合制冷剂循环冷凝器压力相比于气体冷却器可以降低到3.86MPa。对CO2混合工质用于TSERS的性能进行了分析，在CO2质量分数为0.6的条件下，系统各项性能参数均随着加热器压力的升高而升高。蒸发器温度的升高也有利于性能的优化。

目录

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致谢

变量注释表

1绪论

1.1.1 能源问题及空调耗能现状

1.1.2 低温热源利用现状

1.1.3 课题研究意义

1.2喷射制冷系统的研究现状

1.2.1单级喷射制冷系统的改进

1.2.2 双级喷射式制冷系统的研究

1.2.3多蒸发器制冷系统的研究进展

1.3.1 制冷剂的选择原则

1.3.2 制冷剂研究现状

1.3.3 混合工质的发展

1.4 系统性能评价方式的研究

1.4.1 喷射器喷射系数和制冷循环性能系数COP的分析

1.4.2 ?分析、高级??分析

1.5本文研究内容

2 基于双级喷射器的双蒸发器喷射制冷系统（TSERS）性能研究

2.1喷射器热力学模型

2.2 TSERS工作原理

2.3能量分析模型

2.4 传统?分析模型

2.4.1 对于整个系统的?分析

2.4.2 系统中每个部件的?损失和?效率

2.5高级?分析模型

2.5.1 内源性/外源性?损失

2.5.2 可避免/不可避免?损失模型

2.5.3 二次分割模型

2.6.1三种双蒸发器系统性能系数（COP）的比较

2.6.2 蒸发器冷量分配比的影响

2.6.3 压缩比分布的影响

2.6.4 运行温度的影响

2.6.5 工质物性的影响

2.7传统?分析结果与讨论

2.7.1 三种双蒸发器系统?分析的比较

2.7.2蒸发器冷量分配比的影响

2.7.3 压缩比分布的影响

2.7.4 运行温度的影响

2.7.5 工质物性的影响

2.8高级?分析结果与讨论

2.8.1高级?分析结果

2.8.2?分割结果分析

2.9 本章小结

3亚临界混合工质喷射制冷系统的性能研究

3.1单级喷射制冷系统原理图

3.2单级喷射制冷系统计算模型

3.2.1 单级喷射制冷系统能量分析模型

3.2.2 单级喷射制冷系统?效率计算模型

3.3混合工质的选择

3.4.1 混合工质的种类以及其在不同配比下对系统性能的影响

3.4.2 运行温度对系统性能的影响

3.5混合工质用于TSERS的性能分析

3.5.1 非共沸混合工质不同质量分数下对TSERS性能的影响

3.5.2 运行温度对TSERS性能的影响

3.6本章小结

4 CO2混合工质喷射制冷系统的性能研究

4.1 跨临界喷射制冷系统原理图

4.2跨临界喷射制冷系统计算模型

4.3CO2混合工质单级喷射制冷系统结果与分析

4.3.1 CO2质量分数对系统性能的影响

4.3.2 加热器压力对系统性能的影响

4.3.3 运行温度的对系统性能的影响

4.3.4 混合工质与CO2纯工质系统性能的比较

4.4 CO2混合工质用于TSERS的性能分析

4.4.1 非共沸混合工质不同质量分数下对TSERS性能的影响

4.4.2 加热器压力对TSERS性能的影响

4.4.3 运行温度对TSERS性能的影响

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

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