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一种制冷系统中喷射器出口状态的计算方法

摘要

本发明为解决制冷系统领域中喷射器的出口状态,内容上涉及对软件的实际使用,根据热力学性质进行编程,迭代计算喷射器混合段的压力等参数,最终求得喷射器出口状态参数。主要内容上,运用EES软件进行程序的编程。可以在已知喷射器主流体焓值、熵值,引射流体焓值、熵值,进入混合段前的压力以及喷射器引射比和喷射器各段的效率的前提下,建立了喷射器膨胀跨临界CO2循环方程,对喷射器的各项出口状态进行计算。本发明结合EES软件对喷射器出口状态参数的计算方法为喷射器出口状态参数的计算提供一种新的思路。

著录项

  • 公开/公告号CN113221291A

    专利类型发明专利

  • 公开/公告日2021-08-06

    原文格式PDF

  • 申请/专利权人 上海海洋大学;

    申请/专利号CN202110611960.1

  • 发明设计人 谢晶;朱杰;杨大章;王金锋;李杨;

    申请日2021-06-04

  • 分类号G06F30/17(20200101);G06F30/28(20200101);G06F113/08(20200101);G06F119/08(20200101);G06F119/14(20200101);

  • 代理机构

  • 代理人

  • 地址 201306 上海市浦东新区沪城环路999号

  • 入库时间 2023-06-19 12:07:15

说明书

技术领域:

本发明为解决制冷领域中喷射器的出口状态,内容上涉及对软件的实际使用,根据热力学性质进行编程,迭代计算喷射器混合段的压力等参数,最终求得喷射器出口状态参数。。

背景技术:

在越发重视环保今日,在制冷系统中增设一个喷射器可以有效回收系统的膨胀功从而提高系统的制冷系数,通常情况下,厂家生产出的喷射器的引射比以及各段的效率都会告知,但在实际中,喷射器出口段的热力参数是需要经过一系列的计算得到,根据相应的热力学分析,能量守恒方程式进行计算,并且需要根据相关参数在压焓图等图纸上进行查找。目前,在已知各个状态点参数的情况下,可以通过软件对该状态点进行参数的查询,但是没有将热力学方程式与状态参数查询两种功能相互结合的方式。因此,如果能够提出一种将喷射器内部复杂的过程还原成简单的热力学方程式与状态参数相结合的方法,将有效地提高该方面研究人员在增设喷射器制冷系统后计算喷射器出口相关热力参数,而减小增设喷射器后系统热力学分析复杂的难度。

发明内容:

本发明的目的在于为解决制冷领域中喷射器的出口状态,通过热力学方程式对喷射器的过程进行分析,内容上涉及对软件的实际使用,根据热力学性质进行编程,迭代计算喷射器混合段的压力等参数,最终求得喷射器出口状态参数。主要内容上,运用EES软件进行程序的编程。可以在已知喷射器主流体焓值、熵值,引射流体焓值、熵值,进入混合段前的压力以及喷射器引射比和喷射器各段的效率的前提下,建立了喷射器膨胀跨临界 CO2循环方程,对喷射器的各项出口状态进行计算。

为实现上述目的,本发明提供计算流程,结合EES软件对喷射器工作流程进行全部的编程,对每步的原理以及方程进行解释。喷射器主要包括:主流体的动力喷嘴,吸入流的吸入喷嘴,两股流体混合的混合段以及最后的扩压段;

状态点包括点pi,si,pb,sb,mix,oi;所述喷射器包括:主流体的动力喷嘴,吸入流的吸入喷嘴,两股流体混合的混合段以及最后的扩压段。

所述流体在喷射器中的流程由主流入口进入动力喷嘴进行膨胀,此时在吸入室内形成低压环境,引入由蒸发器来的二次流体,两种流体到达b阶段开始进行混合,在m阶段结束能量与动量的交换,混合流体最终在扩压室中进行扩压过程完成喷射器的引射过程。

喷射器出口焓值计算方法步骤如下:

1)确定喷射器模型图,对各个点进行标注,如图1所示;

2)确定所涉及的包含喷射器的系统中喷射器的主流体焓值,引射流体焓值,进入混合段前的压力以及喷射器引射比和喷射器各段的效率;

3)绘制喷射器出口状态参数计算所需的流程框图,以便编程使用;

4)开启EES软件,打开Equations Window界面预备对喷射器的流程进行编程;

5)先输入已知的参数:η

6)主流体进入喷射器的动力喷嘴,此过程为膨胀过程,处于等熵过程,此时 s

7)对混合段前主流体与吸入流体焓值的计算,在EES软件中,按下option,拉下列表,选中Function information,在使用界面中选用Fluid properties,制冷剂选择R744,Function选用Enthalpy[kJ/kg],在Ex中将参数改为用熵值和压力值计算,然后paste,在软件中Equations Window界面显示为 hpbis=Enthalpy(R744,s=spi,P=Pb);

8)根据喷射器的膨胀效率的定义:

9)在Function information中选择volume[m3/kg],在打开的界面下方的Ex 中将参数改为用焓值和压力值计算,然后paste,在软件中Equations Window 界面中呈现为vmb=Volume(R744,h=hpb,P=Pb);

10)在膨胀过程中遵循能量守恒,动力流速度:

11)根据质量守恒定律,混合段入口动力流单位喷射器总流量下定面积混合段入口动力流所占的面积由:

12)吸入流体进入混合段前状态参数计算方法与主流体计算方法大致相同,在EES软件中的Equations Window界面最终输入 hsbis=Enthalpy(R744,s=ssi,P=Pb)、hsb=(1-η

13)在这里,采用一个迭代计算,假设一个混合段的压力,根据动量守恒:

14)根据能量守恒:

15)对应混合段出口的比容以及熵值计算分别由Function information中的volume[m3/kg]以及Entropy[kJ/(kg*k)]计算,在软件中Equations Window 界面输入为vmix=Volume(R744,h=hmix,P=pm)、smix=Entropy(R744,h=hmix,P=pm);

16)这里在喷射器里由一个质量守恒式对pm进行迭代,在软件中Equation Window界面输入为:(apb+asb)*umix/vmix=1;

17)在喷射器的扩压段中,由于扩压段也是等熵进行,喷射器出口熵值与混合段出口熵值一致:s

18)在整个喷射器使用能量守恒:(1+w)·h

19)再根据扩压段的效率公式:

20)对应出口的压力以及干度可根据Function information中的Pressure[kPa]和Quality[-]进行计算,在软件中Equations Window界面输入为 Pd=Pressure(R744,h=hdis,s=smix)、xd=Quality(R744,h=hd,P=Pd);

优选地,在EES软件中可以直接调用相应的状态关系,在非饱和状态时需要输入两个相应的状态参数后,可以确定其他任意参数。

优选地,在EES软件中,可以输入相应的方程式进行计算,利用能量守恒等方程式让计算机进行迭代从而求得相应参数,需要注意的是,未知参数的数量与方程式数量必须相等才能够进行计算。

优选地,在EES软件中,可以在New Parametric Table中输入相应想要更改的参数,在New Plot Window中进行X-Y的数据分析图。值得注意的是,在原有方程中,该参数不需要定义具体数值,在方程中体现即可。

优选地,在EES软件中,相应方程式的写入可以不论先后顺序进行相应的计算。

优选地,在EES软件中,在知道其在饱和线时,只需要输入一个参数就可以确定其他任意参数。

优选地,以上所述的结合软件对喷射器出口状态参数的计算方法在最终程序编程之后可以用check unit对单位进行检验。

优选地,以上所述的结合软件对喷射器出口状态参数的计算方法在最终程序编程之后可以在Formatted Equation中进行核查检验方程的正确性。

可选地,以上所述的结合软件对喷射器出口状态参数的计算方法对于各个版本的EES均适用。

可选地,在EES软件中,相应方程式的写入可以不论先后顺序进行相应的计算。

本发明为解决制冷领域中喷射器的出口状态,内容上涉及对软件的实际使用,根据热力学性质进行编程,迭代计算喷射器混合段的压力等参数,最终求得喷射器出口状态参数。主要内容上,运用EES软件进行程序的编程。可以在已知喷射器主流体焓值、熵值,引射流体焓值、熵值,进入混合段前的压力以及喷射器引射比和喷射器各段的效率的前提下,建立了喷射器膨胀跨临界C02循环方程,对喷射器的各项出口状态进行计算。本发明结合EES软件对喷射器出口状态参数的计算方法为喷射器出口状态参数的计算提供一种新的思路。

附图说明

图1为本发明结合软件对喷射器出口处状态参数的喷射器结构示意图,喷射器结构包括主流体的动力喷嘴,吸入流的吸入喷嘴,两股流体混合的混合段以及最后的扩压段。

图2为主流体以及引射流体在喷射器中流动状态的压焓图,状态点包括点 pi,si,b,m,oi。

图3为本实例所绘制的系统循环图,其中包括压缩机,气冷器,蒸发器,节流阀以及喷射器。

图4为由EES软件实际计算本实例所得的最终结果,主要数据参数及其量纲也在软件中所呈现。

图5为该程序算法程序框图,计算所需的流程由框图所呈现,本计算方法的核心思想也由该流程所表示。

具体实施方式

下面结合附图,以具体实施方式来对本发明作更进一步的说明,以便本领域的技术人员更了解本发明,但并不以此限制本发明。

如图1所示为本发明结合软件对喷射器出口处状态参数的喷射器结构示意图,喷射器结构包括主流体的动力喷嘴,吸入流的吸入喷嘴,两股流体混合的混合段以及最后的扩压段。

如图2为主流体以及引射流体在喷射器中流动状态的压焓图,状态点包括点状态点包括点pi,si,pb,sb,mix,oi。

本实施例选用的制冷系统为二氧化碳跨临界压缩制冷系统,制冷剂为二氧化碳,该系统的难点在于喷射器部分的出口状态参数确定困难。在喷射器出口的压力等参数无法确定的情况下,节流等后续流程无法知晓。

制冷系统的连接为:压缩机的出口连接气冷器;气冷器的出口连接喷射器;喷射器的出口连接气液分离器;气液分离器的出口分流,一条饱和液体连接电子膨胀阀,另一条饱和气体直接连接回至压缩机;电子膨胀阀出口连接蒸发器;蒸发器出口的过热气体由喷射器引入。

制冷剂的流动过程:

1)状态点1的二氧化碳由气冷器出口进入喷射器在喷射器中进行工作,此时对应喷射器属于pi状态点;

2)状态点2为蒸发器出口的气体,经高压的主流体引入自蒸发器出来的低压流体,对应喷射器属于si状态点;

3)状态点3为喷射器出口状态,为主流体与引射流体混合后并扩压后的状态,对应喷射器属于oi状态点;

4)状态4与6为同等压力下分别走向饱和气体与饱和液体两种状态的,由喷射器出口oi状态参数的压力即可知其分别的饱和参数;

5)状态5为压缩机的出口状态点,由气体分离器饱和气体4经压缩机的压缩后的状态5;

6)状态7为气体分离器饱和液体5经节流阀节流后的状态点7;

参数确定及计算过程步骤如下:

1)确定喷射器模型图,对各个点进行标注,如图1所示;

2)确定所涉及的包含喷射器的系统中喷射器的主流体焓值hpi,熵值spi,引射流体焓值his,熵值ssi,进入混合段前的压力pi以及喷射器引射比w和喷射器各段的效率η

3)绘制喷射器出口状态参数计算所需的流程框图,以便编程使用;

4)开启EES软件,打开Equations Window界面预备对喷射器的流程进行编程;

5)在此示例系统中先输入已知的参数:η

6)主流体进入喷射器的动力喷嘴,此过程为膨胀过程,处于等熵过程,此时s

7)对混合段前主流体与吸入流体焓值的计算,在EES软件中,按下option,拉下列表,选中Function information,在使用界面中选用Fluid properties,制冷剂选择R744,Function选用Enthalpy[kJ/kg],在Ex中将参数改为用熵值和压力值计算,然后paste,在软件中Equations Window界面显示为 hpbis=Enthalpy(R744,s=spi,P=Pb);

8)根据喷射器的膨胀效率的定义:

9)在Function information中选择volume[m3/kg],在打开的界面下方的Ex 中将参数改为用焓值和压力值计算,然后paste,在软件中Equations Window 界面中呈现为vmb=Volume(R744,h=hpb,P=Pb);

10)在膨胀过程中遵循能量守恒,动力流速度:

11)根据质量守恒定律,混合段入口动力流单位喷射器总流量下定面积混合段入口动力流所占的面积由:

12)吸入流体进入混合段前状态参数计算方法与主流体计算方法大致相同,在EES软件中的Equations Window界面最终输入 hsbis=Enthalpy(R744,s=ssi,P=Pb)、hsb=(1-η

13)在这里,采用一个迭代计算,假设一个混合段的压力,根据动量守恒:

14)根据能量守恒:

15)对应混合段出口的比容以及熵值计算分别由Function information中的volume[m3/kg]以及Entropy[kJ/(kg*k)]计算,在软件中Equations Window 界面输入为vmix=Volume(R744,h=hmix,P=Pm)、smix=Entropy(R744,h=hmix,P=Pm);

16)这里在喷射器里由一个质量守恒式对pm进行迭代,在软件中EquationsWindow界面输入为:(apb+asb)*umix/vmix=1;

17)在喷射器的扩压段中,由于扩压段也是等熵进行,喷射器出口熵值与混合段出口熵值一致:s

18)在整个喷射器使用能量守恒:(1+w)·h

19)再根据扩压段的效率公式:

20)对应出口的压力以及干度可根据Function information中的Pressure[kPa]和Quality[-]进行计算,在软件中Equations Window界面输入为 Pd=Pressure(R744,h=hdis,s=smix)、xd=Quality(R744,h=hd,P=Pd);

所述结合EES软件计算喷射器出口状态参数的计算方法的各个状态参数点在EES软件中也可进行查询,经过Calculate中的solve迭代后在solution 界面中可以查的相应各项焓值。

图4为双级压缩制冷循环经计算喷射器出口焓值后各状态点的状态参数带有喷射器的二氧化碳跨临界状态的各项参数由于喷射器的存在导致计算过程较繁琐,但运用本发明的方法,则可以快速确定双级压缩制冷循环的全部状态点的参数。

研究人员在已知参数条件下即可对相应喷射器出口焓值进行计算,若研究人员设计的双级压缩制冷系统与本发明实施例中的制冷系统有不同,由于该方法具有普遍性,在常规系统中都可使用该系统进行计算。

在实际的计算过程中,由于软件自有的特性:程序的先后顺序不会影响最终的结果,因此,研究人员可以根据自已对喷射器内部不同阶段分别进行程序的输入。

上述实施例仅例示性说明本发明的设计原理及用途作用,而非用于限制本发明。

图5为整个结合EES软件计算喷射器出口状态参数的计算程序的框图。

任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

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