喷射器优化设计新方法及两级喷射制冷系统性能分析

发布时间：2017-08-21 18:34

  本文关键词：喷射器优化设计新方法及两级喷射制冷系统性能分析

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【摘要】：喷射器是一种利用高压流体与低压流体混合的升压装置,其具有结构简单、无运动部件、可利用低品位余废热等优点。在化工生产、真空装置、喷射制冷、以及船舶火箭等推进系统均有较为广泛的应用。现行的喷射器理论很多,但没有一种理论适用于所有运行工况,且喷射器的结构设计方面多依赖经验公式。此外随着节能环保的要求提高,使用自然工质的喷射制冷系统在回收低品位余废热方面受到更多关注。在此基础上,本文对喷射器的理论设计进行梳理分析,并提出更加适用的新理论,并对两级喷射制冷系统进行性能分析。本文选取了国内外具有代表性的喷射器设计理论作为对比,从各个理论的基本假设、守恒方程、混合过程的推导、不可逆过程的处理、适用的工质及工况等多个角度来归纳出各个喷射器设计理论的共性和不同之处,指出喷射器的设计理论的设计准则和发展方向。在此基础上本文提出了一种适用于实际气体的二维速度场模型,并计算了不同工质在极限和亚极限状态下的喷射系数。与公开的实验数据相比,本文所提出的模型在多数情况下可以较好的契合实验数据。喷射器内部的超音速流动和混合过程使得喷射器会发生激波等不可逆过程,对激波的成因以及影响因素进行了分析,并利用计算流体力学软件Fluent对喷射器流场进行模拟,得到激波对喷射器性能影响的一些规律,并根据激波在非自由空间的流动方程推导出激波波长与喷嘴距之间的关系,对喷射器的结构设计提供一种理论依据。以额定制冷量为10kW的两级自然工质喷射制冷系统为研究对象,探讨了系统中两级喷射器组合中间压力的最佳分配比与总压缩比、膨胀比之间的变化关系、并指出影响不同工质的分配规律的关键因素是绝热指数。结合圆柱形和圆锥形混合室喷射器的适用参数域,提出出了两级喷射器组合的设计和结构选用方法。利用本文提出的二维速度场模型对系统进行变工况分析,在冷凝温度和蒸发温度变化时,得到几种自然工质系统的制冷量和COP随工况变动的规律。
【关键词】：喷射器 二维速度场 激波 优化设计 自然工质 最佳分配比
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB657
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 符号说明11-15
• 第一章 绪论15-22
• 1.1 课题研究背景15
• 1.2 喷射制冷系统研究现状15-17
• 1.3 喷射器理论研究进展17-21
• 1.3.1 设计理论研究进展17-19
• 1.3.2 结构设计研究进展19-21
• 1.4 本文研究内容21-22
• 第二章 喷射器设计理论的对比分析及改进22-43
• 2.1 几种主流喷射器设计理论22-35
• 2.1.1 索科洛夫理论22-26
• 2.1.2 Huang理论26-29
• 2.1.3 Chen亚极限理论29-30
• 2.1.4 Zhu临界圆模型30-32
• 2.1.5 热力学模型32-33
• 2.1.6 实际气体模型33-35
• 2.2 各理论的对比分析35-36
• 2.3 基于二维速度场的极限—亚极限模型36-42
• 2.4 本章小结42-43
• 第三章 喷射器内部超音速流动特性及结构设计43-58
• 3.1 激波的成因及其影响因素43-48
• 3.1.1 理想气体激波的数学模型43-45
• 3.1.2 喷射器结构对激波的影响45-48
• 3.2 喷射器的结构设计48-51
• 3.2.1 喷射器径向尺寸的设计48-49
• 3.2.2 喷射器轴向尺寸的设计49-51
• 3.3 考虑激波的喷射器结构优化设计51-57
• 3.3.1 喷嘴出口激波波长的推导51-54
• 3.3.2 结构优化的数值模拟及验证54-57
• 3.4 本章小结57-58
• 第四章 自然工质两级喷射制冷系统设计58-65
• 4.1 系统的原理及建模58-59
• 4.2 两级喷射器组合中间压力的分配59-63
• 4.2.1 最佳分配比的确定59-60
• 4.2.2 分配比与喷射系数的关系60
• 4.2.3 最佳分配比影响因素分析60-63
• 4.3 喷射器的设计及选型63-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第五章 自然工质两级喷射制冷系统的性能分析65-71
• 5.1 两级喷射制冷系统的设计65-67
• 5.1.1 两级喷射制冷系统的结构设计65-66
• 5.1.2 制冷循环系统性能计算66-67
• 5.2 系统变工况的性能分析67-70
• 5.2.1 蒸发温度、冷凝温度对制冷量的影响67-68
• 5.2.2 蒸发温度、冷凝温度对COP的影响68-69
• 5.2.3 各个工质系统的性能分析69-70
• 5.3 本章小结70-71
• 第六章 结论71-73
• 6.1 结论71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-78
• 致谢78-79
• 攻读硕士学位期间发表学术论文和专利目录79

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本文编号：714469