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

发布时间：2020-07-05 09:10

【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（火用）分析和高级（火用）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CO_2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%,（火用）效率分别提高了72.8%和24.6%,系统（火用）损失分别降低了44.0%和20.8%。TSERS中（火用）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（火用）损失是可避免的。喷射器2具有最大的可避免（火用）损失和最大的可避免内源性（火用）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（火用）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Q_(e1)/Q_e从0.2增加到0.8时,系统COP的降低率为25%,（火用）效率变化不大,系统（火用）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（火用）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（火用）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（火用）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CO_2/R290作为跨临界单级喷射制冷系统的工作流体,研究范围内CO_2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。CO_2混合工质的性能是远高于跨临界CO_2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CO_2混合工质用于TSERS的性能进行了分析,在CO_2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。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB657

【参考文献】