蒸汽喷射压缩器的变工况特性分析

蒸汽喷射压缩器工作特性对系统性能产生很大的影响。文中采用气体动力函数法,建立了蒸汽喷射压缩器变工况特性数值计算模型,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、混合蒸汽压力对喷射系数的影响。计算结果表明,当压缩蒸汽的压力低于一定值时,喷射系数保持不变;喷射压缩器特性对蒸发压力的变化最为敏感,引射压力的微小变化将导致喷射器性能的明显变化;而提高工作蒸汽压力,在一定范围内可以提高喷射器的性能,但超过一定数值后反而会引起喷射器性能的降低。与试验结果对比表明,采用该方法能够正确地预测喷射压缩器的工作性能。     

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。     

不同密度下超临界二氧化碳喷射器喷射性能的数值模拟

针对超临界二氧化碳密度这一影响喷射器性能的重要因素,基于Fluent软件,在不同的超临界二氧化碳密度以及不同的压缩比下,对喷射器进行了三维数值模拟,获得了超临界二氧化碳喷射器的引射量和喷射系数的仿真结果,并对不同压缩比下的引射量和喷射系数曲线进行分析。结果表明,当压缩比不变时,引射量会随着工作介质密度的增大而增加,但喷射系数却会逐渐增加或减小。当密度不变时,随着压缩比的增加,引射量逐渐减小,喷射系数增加效果逐渐减弱。所以应适当调整超临界二氧化碳的密度和压缩比,以达到最佳经济喷射状态。     

圆柱形及圆锥形混合室气体喷射器的适用参数区探讨

分别以水、氨、R290、R22、R134a为工质,计算分析了在不同膨胀比压缩比条件下圆柱形及圆锥形混合室两种结构喷射器的喷射系数,并定义了等喷射系数压缩比、等喷射系数参数线和参数区。膨胀比恒定,压缩比小于等喷射系数压缩比时,圆柱形混合室的喷射系数较圆锥形的大;压缩比大于等喷射系数压缩比时,圆锥形混合室喷射系数较圆柱形的大。由等喷射系数参数线知,随膨胀比增大,等喷射系数压缩比减小。在等喷射系数参数区内,两种结构喷射器效率相当;在等喷射系数参数区左边,宜使用圆柱形混合室;在等喷射系数参数区右边,宜使用圆锥形混合室。绝热指数对等喷射系数参数区的分布具有决定作用。     

蒸汽喷射压缩器的操作状态

采用有限体积法离散控制方程,标准k-ε湍流模型,近壁面处使用壁面函数修正的方法对蒸汽喷射压缩器的超音速混合过程进行数值模拟。计算并分析了工作蒸汽压力和温度、引射流体压力及混合流体压力等热力参数对喷射器操作性能的影响,并根据喷射器内的物理现象及喷射系数的变化规律将蒸汽喷射压缩器的操作状态分为临界状态、亚临界状态和回流状态3类,同时指出临界点为最佳工作点。     

水——气喷射器

由于喷射设备结构简单、制造容易、在工作运转中稳定可靠;同时被抽入射流的压力的升高并不直接消耗机械能;因此早在国内外动力工程技术部门中得到了运用。喷射设备的分类较为繁杂,但就其工作介质与被吸入介质相互作用的相态来分;基本上可分为三大类:(1)同相型喷射设备。如气(蒸汽)流喷射器(如热能压缩器)和水喷射泵。(2)异相型喷射设备。如水-气喷射器和气体输送喷射器(即用气体抽吸颗粒固体或液体)。(3)可变相型喷射设备(即在相互作用过程中,有一种介质的相态改变者)。如蒸汽-水型喷射器;水-蒸     

喷射系数的微机计算

把蒸汽喷射器喷射系数的计算方法归纳整理后编成ＦＯＲＴＲＡＮ程序在微机上运行通过，解决了小膨胀比、小压缩比蒸汽喷射器喷射系数难以通过查图表获取的困难。经考核，所编制的程序运行可靠，计算快速准确，可用于蒸汽喷射器的工程设计。文中介绍了程序编制方法，并给出了算例。     

喷嘴距对喷射器及双蒸发压缩/喷射制冷系统性能的影响研究

采用自行设计加工的变喷嘴距喷射器,在双蒸发压缩/喷射制冷实验平台上,研究了喷嘴距对喷射器和系统性能的影响规律,并与传统压缩制冷循环的性能进行对比。研究结果表明:喷射器存在一个最优喷嘴距能使引射系数(μ)、升压比(PLR)、系统性能系数(COP)和压缩比(CR)均达到最大值;在所研究的工况范围内,最优喷嘴距为?5 mm,与喷嘴距为+15 mm相比,μ最大可提高24.56%,PLR最大可提高7.34%,COP最大可提高11.5%,CR最大降低了3.47%;在不同冷却水进水温度和冷媒水进水温度下,双蒸发压缩/喷射制冷循环比传统压缩制冷循环性能更优,COP最大可分别提高33.97%和24.73%。研究结果可为双蒸发压缩/喷射制冷系统喷射器设计和系统运行参数优化提供参考。     

一种基于二维速度场的R141b喷射器新模型

根据喷射器内部速度场分布改进了混合过程的数学模型,建立了一种基于二维速度场的极限—亚极限喷射器模型。计算了R141b工质的临界背压值及极限—亚极限状态下的喷射系数。与实验数据对比表明:理论极限喷射系数和临界背压值的平均误差分别为4.63%和3.8%;亚极限状态下的理论喷射系数比常规一维模型更加契合实验值。此模型可较好的预测R141b喷射器极限—亚极限状态的性能。     

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。     

准二级压缩-喷射热泵的设计与实验研究

为回收利用普通准二级压缩热泵系统中补气回路的有用能,提出了准二级压缩-喷射热泵系统。文中对其设计方法进行了介绍,搭建了蒸发温度-20℃样机实验台。测试结果表明,在保证制热量的情况下,能效比较普通补气系统增加3%—5%,设计方法能为其他工质、其他容量的涡旋压缩机准二级压缩-喷射复合热泵系统的设计提供参考。     

两级低压引射器的结构设计与数值分析

引射器是目前家用燃气热水器、壁挂炉中燃烧器的重要组成部件,承担着两种以上介质相互引射及其混合的关键任务。首先对燃气燃烧器用的两级引射器进行了结构设计和优化,并对设计出的两种两级引射器进行了二维、稳态的数值模拟,探究了两级引射器内燃气和空气进行动量及质量交换的混合过程,采用质量引射系数和出口甲烷质量分数标准差系数来分别表征引射器的引射性能和混合性能,研究了引射器结构参数和运行参数对引射器性能的影响。研究表明,两种两级引射器均可以引射超过化学当量比的空气,第一级引射器混合段的长度存在最优值使引射器质量引射系数达到最大,当引射器其他参数相同时,优化后的两级引射器在不同背压下引射性能均有提升,在不同背压下混合性能有所降低,背压越高引射性能提升程度越大,混合性能降低程度越小。     

一种带引射器和经济器的CO2跨临界制冷系统

在蒸发温度较低的工况下,CO₂跨临界循环高低压差过大,运行效率下降。针对CO₂跨临界循环特性,提出了一种带引射器和经济器的CO₂跨临界制冷系统,通过引射器部分回收工质膨胀功减小能量损失,可增加制冷量;合理设计CO₂压缩机和中间补气孔,采用经济器进行中间补气可减少系统压缩过程的能量损失。构建了热力学模型,研究表明该系统在较低蒸发温度工况下,相比于基础CO₂跨临界制冷系统系统性能可提升40%左右,其中压缩机排气温度可降低40℃左右,有利于系统稳定运行。同时对准二级压缩过程中分段效率计算问题提出近似公式,在一定范围内相比于传统计算方式误差从5%降低至2%。     

蒸汽喷射真空泵性能的CFD模拟研究

采用有限体积法离散控制方程,标准κ-ε湍流模型,近壁面处使用壁面函数修正的方法对蒸汽喷射真空泵的超音速混合过程进行数值模拟。计算并分析了第二喉管与工作蒸汽喷嘴喉管面积比、喷嘴出口截面与混合段入口截面间的距离及混合段的锥度等结构参数及工作蒸汽的压力和温度、引射流体及混合流体压力等热力参数对真空泵操作性能的影响。数值计算结果表明,几何参数的改变极大地影响着波系结构,在一定的设计工况下,总存在一个最佳的面积比及一个最优的相对位置对应于最大的喷射系数,其在物理上的表现形式为通过工作蒸汽喷嘴所产生的激波系刚好能够通过第二喉管。混合段的锥度在一定范围内对真空泵的性能无显著影响,等压混合理论较等面积混合理论具更优的操作性能。根据喷射泵内的物理现象及喷射系数的变化规律将蒸汽喷射真空泵的操作状态分为临界状态、亚临界状态和回流状态三类,同时指出临界点为最佳工作点。     

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。     

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。     

跨临界CO2热泵系统的喷射器特性

在自行研制的跨临界CO₂热泵热水器实验台上,通过调节系统中阀门开度控制喷射器的进出口压力和温度,研究喷射器的流量、喷射系数、压缩比和效率的变化规律。实验结果表明:同时增大工作流体压力和引射流体压力可以提高喷射器的工作性能,减小工作流体压力或者增大引射流体压力可以提高喷射器的工作完善度。高效率喷射器的研制是优化跨临界CO₂热泵系统的关键要素。     

蒸汽喷射器混合室两相流动的数值模拟

应用适用于跨声速流动的湿蒸汽两相流模型对蒸汽喷射器内流体的流动进行了数值模拟研究。重点研究了蒸汽喷射器混合室内流体的流动过程,并比较了采用湿蒸汽模型和理想气体模型计算结果差异。研究结果表明,湿蒸汽模型中,蒸汽喷射器引射系数略高于理想气体模型的,混合室内喷嘴出口和引射蒸汽入口附近激波产生的局部高压明显小于理想气体模型的,工作蒸汽速度、温度的降低也要比理想气体模型的小。