蒸汽压缩制冷循环中喷射节流装置的理论研究

论文摘要

随着制冷技术应用的日益普遍化以及能源的短缺化,人们对制冷技术的节能要求也越来越高。众所周知,在蒸汽压缩制冷系统中,从冷凝器出来的高压制冷剂通过节流阀后,使得这部分压力能白白损失掉了。压缩喷射制冷循环系统以结构简单、可回收一般节流装置所引起的节流损失而逐渐受到关注。射流泵是压缩喷射式制冷循环实现的关键部位。设计和运用射流泵的相关的理论依据是它的基本方程h=f（m、q、γ）,是研究射流泵压力、流量和几何尺寸之间的关系,它反映了泵内能量变化及各主要部件（喷嘴、喉管、扩散管和喉管进口段）对性能的影响,其它三个方程（汽蚀、最优参数、装置性能）都和它有关。国内外学者对它的研究,一般通过两种不问的途径。第一种是根据一定数量的实验资料,利用统计数学方法,求出计算公式,这些方程结构简单,便于计算。但是它们无法阐明射流泵主要部件与性能的依从关系,而且受实验条件的限制,因此缺乏普遍的指导作用。第二种是根据射流泵的边界条件,运用流体力学基本定律导出理论方法,并通过一定数量的试验资料确定方程中流速系数（阻力系数）。在推导方程时,部分学者如丁。高斯拉（Gosline）等把管内流动简化为一元流,并对射流泵喉管进出的断面,采取与实际情况不完全符合的假定,所以这些方程是不全面的,因而在一定程度上限制了它们对实践的指导作用,并且这些方程表达方式各不相同,各学派理论之间互不联系。另一部分学者如B.J.希劳（Hill）利用二元流的方法,对射流泵基本性能进行研究,取得一定进展,但是由于没有导出它的解析式,所以在实践运用上,还存在不少问题。本文基于射流泵基本理论,打破传统设计方法,采用优化设计理念,着重对压缩喷射式制冷系统中的主要部件——射流泵进行了分析研究,建立针对液气-气射流泵内流动过程的物理模型、数学模型。推导了气-液喷射器结构设计和可达工作状态数学表达式。过推导极限喷射系数方程、喷射系数方程,确立了目标函数方程式,建立了喷射泵的计算模型,确定了喷射系数优化算法,并进一步确定了主要径向尺寸、轴向尺寸及各横截面面积比计算公式。在所进行的射流泵的对比理论分析表明,采用射流泵的优化设计可以使制冷系统能耗减少量可达10%以上。表明对喷射泵进行优化设计,可以提高泵的工作效率,降低循环装置能量消耗量。这不仅为今后液气-气射流泵的设计、生产提供了理论指导,而且会带来较好的社会效益和经济效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 新型压缩喷射制冷循环
• 1.1.3 课题的导出
• 1.2 喷射技术发展简介
• 1.3 喷射技术在其它领域的应用
• 1.4 喷射泵目前存在的主要问题
• 1.5 本论文的主要研究内容
• 第二章 射流泵的基本理论及性能方程
• 2.1 湍流射流的分类
• 2.2 射流流动结构
• 2.3 主要无量纲参数及系数定义
• 2.4 射流泵基本方程
• 2.5 基本方程的简化式
• 2.6 射流泵的相似律
• 2.6.1 几何相似
• 2.6.2 运动相似
• 2.6.3 动力相似
• 2.7 两相流体力学概述
• 2.7.1 液气两相流动状态
• 2.7.2 液气两相流一维数学模型
• 2.7.2.1 基本参数
• 2.7.2.2 均质流模型
• 2.7.2.3 分离流模型
• 2.7.2.4 漂移通量模型
• 2.7.2.5 液气流阻力
• 第三章 计算设计射流泵的主要问题
• 3.1 射流泵原理图
• 3.2 射流泵的分类定义
• 3.3 射流泵的主要损失及其效率
• 第四章 液气-气射流泵优化设计模型
• 4.1 液气-气射流泵分析模型的建立
• 4.1.1 液气-气射流泵几何模型
• 4.1.2 液气-气射流泵工作分析
• 4.1.2.1 喷射阶段
• 4.1.2.2 接受阶段
• 4.1.2.3 混合阶段
• 4.1.2.4 扩压阶段
• 4.1.3 T-S图上液气-气射流泵的工作过程
• 4.1.4 液气-射流泵数学模型
• 4.1.4.1 喷嘴模型
• 4.1.4.2 接受室模型
• 4.1.4.3 混合室模型
• 4.1.4.4 扩散室模型
• 4.2 射流泵数学模型求解条件
• 4.2.1 热力学条件与几何条件
• 4.2.2 区域离散与定解条件
• 4.2.2.1 区域离散
• 4.3 液气-气射流泵结构设计模型
• 4.3.1 工作喷嘴
• 4.3.1.1 制冷剂在喷嘴中的流动特性
• 4.3.1.2 制冷剂压力和流速的关系
• 4.3.1.3 制冷剂流速和通道截面的关系
• 4.3.1.4 喷嘴临界截面直径和出口截面的确定
• 4.3.1.5 蒸发温度和冷凝温度对喷嘴临界截面和出口截面直径的影响
• 4.3.2 混合室横截面面积计算
• 4.3.3 极限喷射系数方程
• 4.3.3.1 概述
• 4.3.3.2 极限状态喷射系数方程
• 4.3.4 喷射系数方程
• 4.3.5 喷射泵几何形状选取
• 4.3.5.1 喷射泵径向尺寸计算公式
• 4.3.5.2 喷射泵轴向尺寸
• 第五章 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的成果