内部不可逆损失对喷射器性能影响理论分析

喷射器作为喷射式制冷系统的关键部件,其性能对系统性能有着重要影响。建立了采用实际气体性质且考虑喷射器内两相存在的喷射器性能预测模型,并定义了喷射器内部各部分不可逆损失,利用理论模型对喷射器内部各部分不可逆损失程度对喷射器性能的影响进行理论分析,讨论了喷射器内部各部分不可逆损失程度对喷射系数、喷射器效率和喷射器出口背压的影响。结果表明,工作流体在喷嘴中的不可逆损失以及引射流体在吸入室的不可逆损失对喷射系数影响较大,扩散段不可逆损失和混合段不可逆损失对喷射系数几乎没有影响;随着喷射器内部各部分不可逆损失的减小,喷射器效率增大,同时可以使喷射器出口背压提高。     

R290喷射/压缩制冷系统不可逆损失分析

作为一种自然工质,R290单位容积制冷量大,价格低廉,臭氧消耗潜值为0,全球变暖潜值很小,并且其热力性能与常规制冷剂相比有明显优势。文章结合热力学第一和第二定律,对以R290为制冷剂的喷射/压缩制冷系统的能量转换过程进行分析,考察了典型空调工况下系统的不可逆损失分布,以及运行参数对系统的不可逆损失以及第二定律效率的影响。     

管翅式换热器的不可逆损失分析

以热力学第二定律为基础讨论了波纹翅片管换热器的不可逆损失,重点考察了换热器的几何尺寸对换热过程中不可逆损失的影响.[JP+2]不可逆损失用温差传热和流动摩阻所引起的熵产之和来表征.计算结果表明：换热器单位换热量的熵产随翅片波纹角的增加略有增加,但几乎不受翅片间隔的影响.当管的排数增加时,单位换热量的熵产先减后增,在特定管排数处取得极小值.单位换热量的熵产随空气流速的增加而单调增加.     

环周进汽型喷射器的火用效率分析

对环周进汽型喷射器的工作原理进行了深入分析,从可用能角度出发,建立了分析喷射器运行经济性的火用分析模型,计算得到了不同结构参数和运行参数下喷射器的火用效率,对喷射器火用效率的影响因素进行了分析,并将计算值与实验结果进行了对比。研究结果表明,喷射器的火用效率随入口水温、引射系数和升压比的升高而增大,随蒸汽压力的变化存在最小值,计算和实验得到的各参数对喷射器火用效率的影响规律基本一致,为环周进汽型喷射器的设计和应用提供了理论基础。     

液-液喷射器性能优化及内部流动特性分析

为了探索液-液喷射器的性能优化问题,改变喷射器喷嘴结构和射流类型,设计并建立了4种喷射器的三维模型,采用大涡模拟方法对4种模型进行模拟,得到各喷射器的内部流动特性及工作性能。工作流体从喷嘴射入吸入室,压力沿轴线呈现对称性的下降趋势,使得引射流体被卷吸进入喷射器并与工作流体进行掺混。随着两股流体的混合,势流核心区缩小,中速流体区域扩大,最终在扩散段内完成混合。通过分析各喷射器的内部流动特性,比较出4种喷射器的性能优劣。结果表明:椭圆喷嘴脉冲射流喷射器的卷吸性能、混合性能、效率均优于其他3种喷射器。     

喷嘴可调式喷射器性能的实验研究

海水淡化系统中,负荷的变化要求热力蒸汽压缩器（Thermal Vapour Compressor）的流量也随之改变,但要求TVC的出口压力尽量不随之改变。因为系统的正常运行对出口压力对应的饱和温度很敏感,如果饱和温度过高,会导致系统内部结构腐蚀严重,降低使用寿命,甚至危害整个系统的正常运行。引入可调式喷射器,对其性能进行实验研究,测量并分析了喷针在不同位置时,可调式喷射器的压力、流量和喷射系数的变化。结果显示,在需要改变流量的时候可以保持喷射器出口压力基本不变。     

机械加压蒸汽喷射器的性能分析

针对蒸汽喷射器在一定工作蒸汽压力下存在引射极限的问题,提出了在传统蒸汽喷射器的引射蒸汽吸入段设置风机用以提高喷射器的引射推动力。通过对机械加压和传统蒸汽喷射器性能的比较,研究了截面积比、工作蒸汽压力和蒸发温度对机械加压喷射器性能的影响,同时对机械加压喷射器的经济性进行了评价。结果表明,吸入段机械加压使喷射器的引射系数和有效能利用率都得到了提高,当截面积比为9.0,蒸发温度为98℃时,与传统喷射器相比,机械加压喷射器引射系数平均增加2.3%,有效能利用率平均提高1.1%。随着截面积比、工作蒸汽压力以及蒸发温度的升高,机械加压喷射器的引射系数均有所增加。经济评价得,机械加压后喷射器系统节省的蒸汽费用是风机运行消耗电费(即产出/投入)的4.5倍。     

蒸汽喷射器喷射系数计算的热力学模型

对蒸汽喷射器的工作过程进行了深入分析,从热力学参数的角度出发,建立了蒸汽喷射器喷射系数计算的理想模型、动量守恒模型及动能守恒模型.采用IAPWS-IF97公式计算蒸汽热力参数,对喷嘴、混合段及扩散段的效率对单级蒸汽喷射器火用效率的影响作了分析.结果表明,动量守恒模型虽在数学上与理想模型有一定的差异,但若采用适当的效率系数可以取得与经验数据满意的一致性;而动能守恒模型虽然当所有效率等于1时能与理想模型相一致,却很难找到一组系数使之与经验值相吻合.实际中,采用动量守恒模型计算喷射系数及压缩压力,动能守恒模型分析喷射器的火用效率能取得令人满意的效果.     

应用于有机朗肯循环的喷射器理论与实验研究

将喷射器应用于有机朗肯循环（ORC）,构成喷射式有机朗肯循环（EORC）。EORC中喷射器引射膨胀机的出口排气,以降低膨胀机排气压力,增大膨胀机的工作压差,来提高循环的做功能力。为分析喷射器性能对EORC循环性能的影响,以经典喷射器理论为基础,选用R600为工质,在MATLAB平台,编制喷射器引射系数与引射压力的优化程序,对喷射器的最大引射系数与最小引射压力进行优化研究。结果表明,混合压力和引射系数一定时,工作流体的引射能力随工作压力的增大不断提高,能够引射更低压力的引射流体;最大引射系数和喷射效率随工作压力增大逐渐增大。并据此设计喷射器和构建EORC实验系统,初步实验表明：相比于ORC,EORC的做功能力明显提高,但系统热效率有所降低。     

主喷嘴直径对蒸汽喷射器性能的影响

利用FLUENT软件对蒸汽喷射器复杂的内部流场进行数值模拟计算,并对喷射器内部流体流动过程中压力、速度等参数的变化规律进行分析研究,重点讨论了混合蒸汽压力和主喷嘴出口直径的变化对蒸汽喷射器引射性能的影响。结果表明：蒸汽喷射器存在一个临界出口压力,主喷嘴出口直径存在一个最优范围,此时喷射器的引射性能达到最佳,而且激波的耗散损失较小。     

气液喷射器的结构设计与性能分析

喷射式环流反应器是一种高效的多相反应器,由于其具有良好的传热、传质和混合特性,目前已被广泛应用于生物、化学、制冷和环境保护等工程领域。气液喷射器作为喷射式环流反应器的核心部件之一,其结构尺寸对环流反应器的传质特性和适用环境都具有显著影响。为考察结构尺寸对喷射器性能的影响,本文根据其工作原理,设计了一台模试气液喷射器,并通过冷模试验对其进行性能测试研究。试验结果表明:气液喷射器的引气能力主要取决于其混合喉管与喷嘴出口截面比f₃/f₁以及喷射器进出口压力降Δp_p/Δp_c,而环流反应器的气含率仅与喷射器的液相射流量和气体引射量有关。相同液相流量条件下,喷射器的最大引射空气量随截面比f₃/f₁的增大而增大,反应器内的平均气含率随之增加;提高液相射流与引射气体的速度差能够加强两股流体间的剪切作用,使气泡更易发生破碎。当喷射器的气液比大于2.6时,反应器内的混合流体可达到乳化状态。     

HFO1234yf太阳能喷射制冷系统在西安地区性能分析

为了了解新型制冷剂——HFO1234yf的太阳能喷射制冷系统的运行性能状况,建立了太阳能喷射制冷系统性能分析计算模型,结合西安地区的气象条件,重点研究了HFO1234yf喷射制冷系统的系统性能系数,典型日条件下的系统集热效率、综合性能系数的变化特点。研究表明HFO1234yf喷射制冷系统的系统性能系数随蒸发温度的升高而升高,在典型日气象条件下,HFO1234yf喷射制冷系统的集热效率呈现先上升后下降的趋势,性能系数COP以及系统综合性能系数COP0的逐时变化在不同典型日下的变化趋势接近。在典型日6月28日气象条件下,10∶00—16∶00时段内,集热面积为40 m2时的太阳能喷射制冷系统可以为西安地区面积为200 m2的住宅建筑提供43%左右的冷量。     

端口夹角对气波引射器性能的影响和预测

端口夹角是影响气波引射器性能的重要结构参数。本文通过数值模拟和实验研究探讨了端口夹角对气波引射器性能的影响机理,并得出了装置最佳端口夹角的预测方法。气波引射器存在一个最佳的端口夹角ψopt：当端口夹角大于该值时,等熵效率明显下降;若端口夹角小于最佳值,中压压力小于极值中压压力时,等熵效率随夹角的减小稍有降低,中压压力大于极值中压压力时,等熵效率急剧下降。数值模型的计算结果与实验值相一致,本文所建数值模型可准确预测最佳端口夹角。入口气体状态恒定时,最佳端口夹角不随中压压力的变化而改变,随转速的增大而线性增大。上述结论对气波引射器的设计和性能优化具有指导意义。     

带引射器的跨临界CO2机械过冷热泵系统性能分析

热泵循环中引射器的使用能减少能量损失,改善循环性能。在已有机械过冷循环的基础上加入引射器,本文提出主循环带引射器［MSHPS（MWE）］和辅循环带引射器［MSHPS（AWE）］的跨临界CO₂机械过冷热泵系统。通过建立热力学模型,对系统使用散热片（TDR）、地盘管（FCR）和小温差风机盘管（STD-FCU）3类不同末端的性能进行分析。将该系统与CO₂基本系统（BASE）、CO₂机械过冷系统（MSHPS）进行了对比,并选取了我国4个典型气候城市,对其供暖期间的运行进行了季节供热性能系数（HSPF）分析。结果表明,在额定工况下,机械过冷系统均存在最优主、辅循环排气压力和最优过冷器出口温度,使系统性能系数（COP）最高;其中以STD-FCU为末端的系统具有最高COP。通过与已有系统的对比,表明在额定工况下,MSHPS（AWE）和MSHPS（MWE）较BASE系统的COP最高分别能提升约21.18%和26.66%,较MSHPS最高能分别提升约2.62%和9.53%,MSHPS（MWE）具有更好的性能提升效果。MSHPS（MWE）系统在严寒工况下仍能运行,带引射器的系统在不同温区均具有更高的HSPF。以哈尔滨为代表的严寒地区的HSPF改善效果最明显,以TDR为末端的系统更适用于高纬度的严寒地区,以STD-FCU为末端的系统更适用于低纬度的地区。此外,辅循环工质的种类会影响系统的整体性能,MSHPS（AWE）中使用CO₂的提升效果最好, MSHPS（MWE）中使用R717的提升效果最好。使用混合工质R32/R1234yf的系统具有更高的COP,但提升效果并非最优。     

蒸汽喷射压缩器的变工况特性模拟与分析

采用改进热力学,建立了蒸汽喷射压缩器变工况特性数值计算模型。结合水蒸气物性程序,对热压缩海水淡化系统中的蒸汽喷射压缩器的变工况性能进行了计算,分析了工作蒸汽压力、引射压力、混合蒸汽压力的变化对引射系数的影响。计算结果表明,当压缩蒸汽的压力高于设计值时,引射系数随压缩压力的增大而减小,而当压缩低于设计值时,引射系数保持不变;提高引射蒸汽压力会引起引射系数的增大;主动蒸汽压力偏离设计值时,主动蒸汽压力的降低（低于设计值）或提高均会引起喷射器性能的降低。     

基于实际气体的圆柱形混合室喷射器设计及优化方法

从热力学过程出发,通过引入单相及两相流声速计算模型,提出了基于实际气体的圆柱形混合室喷射器设计方法。用该方法计算出的喷射系数能与实验值较好吻合,误差在±17%内。新设计方法预测出必定存在一个使喷射系数设计值最大的最优混合室出口压力,为方便且快速确定该最优混合室出口压力与喷射器设计工况的关系,引入了最优扩压室升压比倒数。分别计算了水蒸气、氨、R290、R134a和R22圆柱形混合室喷射器常见工况下最优扩压室升压比倒数与膨胀比、压缩比的关系曲线,进而拟合出最优扩压室升压比倒数与膨胀比、压缩比的关系式。在喷射器设计过程中利用这些关系式可迅速算出最优扩压室升压比倒数,从而确定最优混合室出口压力,设计出高效喷射器。