自调节喉嘴比喷射器的研制

发布时间：2020-09-22 12:08

　　喷射器可以利用太阳能、工业余热和汽车废热等低温热源驱动进行喷射式制冷,为废热能源利用开辟了一条新途径,对我国节能减排具有重要的促进作用。然而与传统压缩式制冷相比,喷射式制冷系统的主要缺点在于制冷效率不高,以及在变工况下不能稳定运行,限制了喷射式制冷的发展和应用。本文针对该问题,设计了一种自调节喉嘴比的喷射器,能够在变化的一次流压力条件下,始终保持较高的引射比,对喷射式制冷系统的发展应用有重要的理论意义和应用价值。首先,研究得到了最优喉嘴比与一次流压力之间的变化规律。仿真分析了不同喉嘴比下引射比随着一次流压力的变化关系。结果表明,不同喉嘴比下,喷射器引射比均随着一次流压力先增大后减小,但是引射比的极值点不同,即同一压力下不同喉嘴比的引射比不同。然后,根据这些仿真结果得到了最优喉嘴比和一次流压力的变化关系。研究了不同一次流压力下引射比随着背压的变化关系,并与引射比随着一次流压力的变化曲线做了对比,发现背压的变化会造成引射比随着一次流压力先增大后减小的趋势。其次,提出并设计了一种自调节喉嘴比喷射器,实现了变工况下引射性能始终保持最优。在喷射器的喷嘴内部加入一段弹性波纹管,弹性波纹管随一次流压力伸缩,推动喷针移动改变对喷嘴的堵塞面积,进而改变喷射器的喉嘴比。而每个一次流压力都对应一个最优的喉嘴比,喷针的形状设计受波纹管伸缩和喉嘴比两个因素共同影响,针对以上情况,设计了一种带有截距的外凸圆台式的喷针。最后对比了这种自调节喉嘴比喷射器和普通固定喉嘴比的喷射器的引射比,发现在一个一次流压力在15-40bar正弦变化的周期内,固定喉嘴比喷射器的工作时间只能占一个周期的26.2%到81.7%,最大引射比只能占自调节喉嘴比喷射器的最大引射比的27.8%到89.9%,而自调节喉嘴比的喷射器在一个周期内都能工作,而且始终工作在最优引射比的状态。最后,搭建喷射器测试实验平台,并实验研究了自调节喷射器的性能,实验表明了提出的自调节喷射器的可行性。本文自主搭建设计了一个专用于测量喷射器引射比的实验平台,设计了可替换喷针和喷嘴的喷射器,测试不同喉嘴比下引射比随一次流压力的变化关系。结果表明不同的一次流压力对应一个引射比最高的喉嘴比,这和仿真的结果是一致的。另外,对比了 20组不同工况下仿真和实验的引射比,仿真和实验在同一工况下最大误差是9.3%,使仿真和实验进行了相互验证。综上所述,自调节喉嘴比的喷射器能够有效解决喷射器在变工况下稳定高效运行难题,并可以应用于喷射器设计与优化,将其应用于低品位热源驱动的喷射式制冷系统能够提高系统的制冷性能。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB657
【部分图文】：

喷射器,构造原理,混合段

喷射器通过压力高能量大的工作流体和压力低的引射流体相互混合、逡逑动能和热能交换来提高低压流体的压力，其中工作流体也叫一次流，引射逡逑流体也叫做二次流。如图２－１所示，典型喷射器的主体由四部分组成：（１）逡逑喷嘴；（２）吸入室；（３）混合室；（４）扩压室。混合室包括等压混合段和等面积逡逑混合段（本文设计的喷射器是在传统喷射器的结构基础上，因此这里给出逡逑传统喷射器的结构尺寸参数）。逡逑吸入室逦喷嘴逦等压混合段逦Ｉ等面积混合段逦扩压室逡逑Ｉ．邋Ｉ逦私＿／■邋＂一，逦／逦／逦厂逡逑１邋，逦ｔ＼＼Ｔ＼逦，３逦Ｓ逦７Ｐ逦逦逡逑图２－１喷射器构造原理图逡逑在喷射式制冷系统中，喷射器的工作原理｜５ＷＩ］如下：逡逑（１）

波形,自调节,喷射器,波纹管

图２－４自调节喉嘴比的喷射器逡逑２．３．３喷针的移动位移与流体压力的关系逡逑喷针的移动受弹性波纹管的伸缩影响，波纹管的结构如图２＿５所示，逡逑弹性波纹管是一种管状可压缩伸长的弹性敏感元件，当波纹管内部有流体逡逑通过时，波纹管受到的流体压力总是垂直于波纹管内壁，使波纹管管壁发逡逑生形变，这种形变会让波纹管发生伸缩变化，喷针发生水平位移。波纹管逡逑使喷针位移ｘ和所需要的力Ｆ的关系为：逡逑Ｆ邋＝邋Ｋｈｘ逦（２－４）逡逑其中，＆是波纹管的刚度系数，根据国际膨胀节制造商协会标准［５５］，逡逑刚度系数的表达式为：逡逑（２－５）逡逑ｄ＝Ａ±Ａｌ逦（２－６）逡逑２逡逑，是等效波纹管等效直径，根据公式（２－６），它是波纹管内直径和外逡逑直径的平均值。足是波纹管的弹性模量，《是公称厚度，Ｃ是波纹管壁厚，逡逑⑴是波形高度，Ｓ是形状系数。逡逑１３逡逑

波形,弹性波纹,波纹管,喷针

逦喷针逦喷嘴喉部逡逑图２－４自调节喉嘴比的喷射器逡逑２．３．３喷针的移动位移与流体压力的关系逡逑喷针的移动受弹性波纹管的伸缩影响，波纹管的结构如图２＿５所示，逡逑弹性波纹管是一种管状可压缩伸长的弹性敏感元件，当波纹管内部有流体逡逑通过时，波纹管受到的流体压力总是垂直于波纹管内壁，使波纹管管壁发逡逑生形变，这种形变会让波纹管发生伸缩变化，喷针发生水平位移。波纹管逡逑使喷针位移ｘ和所需要的力Ｆ的关系为：逡逑Ｆ邋＝邋Ｋｈｘ逦（２－４）逡逑其中，＆是波纹管的刚度系数，根据国际膨胀节制造商协会标准［５５］，逡逑刚度系数的表达式为：逡逑（２－５）逡逑ｄ＝Ａ±Ａｌ逦（２－６）逡逑２逡逑，是等效波纹管等效直径，根据公式（２－６），它是波纹管内直径和外逡逑直径的平均值。足是波纹管的弹性模量，《是公称厚度，Ｃ是波纹管壁厚，逡逑⑴是波形高度

【参考文献】