制冷循環(huán)中噴射器的擴壓室效率的評價方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種跨臨界CO2制冷循環(huán)中噴射器的擴壓室效率的評價方法，該評價方法利用壓力系數(shù)來評價噴射器的擴壓室效率；壓力系數(shù)是基于擴壓室進出口壓力表示的，壓力系數(shù)的表達式為式中p為實際循環(huán)過程噴射器擴壓室出口壓力，ps為理想循環(huán)過程噴射器擴壓室出口壓力，pe為噴射器擴壓室進口壓力。本發(fā)明方法采用壓力系數(shù)來評價噴射器擴壓室的效率，測量起來更加方便，而且評價噴射器擴壓室的工作更加準確，更準確的解釋噴射器內(nèi)部流動的壅塞現(xiàn)象。
【專利說明】-種跨臨界co;制冷循環(huán)中噴射器的擴壓室效率的評價方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種噴射器的擴壓室工作效率的評價方法，尤其是設(shè)及一種跨臨界 C〇2制冷循環(huán)中噴射器的擴壓室效率的評價方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于能源緊張W及環(huán)境污染嚴重，尋求各種環(huán)境友好型、可持續(xù)型能源，發(fā)展節(jié)能 技術(shù)事在必行。0)2^其獨特的熱物理性質(zhì)和環(huán)境友好性能受到很多學者的重視。然而， 由于其臨界溫度只有31. rc，由其構(gòu)成的跨臨界循環(huán)系統(tǒng)的高低壓兩側(cè)的壓力差將達到 7MPa，而且過熱損失和節(jié)流損失都比較大。其中，如何減少系統(tǒng)節(jié)流損失成為提高C〇2制冷 系統(tǒng)的性能系數(shù)（COP)的一個重要研究內(nèi)容。
[0003] 國內(nèi)外學者通過理論分析和實驗驗證，提出運用噴射器可W減少膨脹過程的節(jié)流 損失，回收部分壓力能。而且噴射器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、無運動部件、適應(yīng)兩相流工況等 優(yōu)點。目前，許多學者對C〇2蒸氣壓縮/噴射制冷循環(huán)進行了一些理論分析研究，得出理論 上系統(tǒng)性能系數(shù)COP比簡單循環(huán)提高了 20% W上。
[0004] 大多研究者分析時，假設(shè)在噴射器中，理想循環(huán)過程與實際循環(huán)過程的噴射器擴 壓室出口壓力相同；然而在噴射器內(nèi)部存在復(fù)雜的素流混合過程、摩擦損失和出現(xiàn)塞塞現(xiàn) 象等因素，實際循環(huán)過程噴射器擴壓室出口壓力與理想循環(huán)過程噴射器擴壓室出口壓力會 有所不同。因此，傳統(tǒng)基于理想循環(huán)過程與實際循環(huán)過程的噴射器擴壓室出口壓力相同條 件下所作的評估跨臨界C〇2制冷循環(huán)中噴射器的擴壓室效率評估結(jié)果就不夠可靠。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種跨臨界c〇2制冷循環(huán)中噴射器的擴壓室效 率的評價方法，通過利用壓力系數(shù)來評價噴射器的擴壓室效率，能夠更合理更準確的評價 噴射器內(nèi)部復(fù)雜的素流混合過程，確定出摩擦損失和塞塞現(xiàn)象對擴壓室工作效率的影響。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為；
[0007] 本發(fā)明跨臨界c〇2制冷循環(huán)中噴射器的擴壓室效率的評價方法，所述的噴射器主 要包括噴嘴、擴壓室和混合室，該評價方法包括如下操作步驟：
[000引 1)先忽略噴射器進出口流體動能，忽略引射流體在引射噴嘴內(nèi)的壓力降，假設(shè)混 合室內(nèi)為等壓混合過程；
[0009] 2)然后采用如下步驟得到壓力系數(shù)：
[0010] a.輸入噴嘴進口的溫度V壓力Pi，蒸發(fā)器溫度T2化及噴嘴效率hp;
[0011] b.通過制冷物性參數(shù)軟件re巧rop8. 0查詢噴嘴進口洽值hi = h(T 1，Pi)、滴值Si =S(Ti，Pi)，噴嘴的理想出口洽值h2,= h(T2，Si)和引射流進口飽和蒸汽洽值ti3= hOg ; [001引 C.依次計算噴嘴的實際出口洽值h2= h i-hp Oli-hss)和實際出口流速 W-2= -/!三>
[0013] d.預(yù)設(shè)噴射系數(shù)y的初值，依次計算
[0014] 擴壓室進口流速Us= U 2/ (1+ y)，噴射器出口洽值he=化沖3* iO八1+ y)，擴壓 室進口洽值h日=he-(u日)2/2 ;
[0015] 查詢擴壓室進口滴值Ss= S(T2，hs)，當擴壓室處于理想狀態(tài)時，hes=he，Ses= Ss， 噴射器出口干度X目s二X化目s, S目s)、壓力p目s二p化目s, S目s);
[0016] 最后計算噴射系數(shù)U'二lAe,-l，判斷U二U'是否成立，若成立，理想循環(huán)過 程噴射器擴壓室出口壓力為P,二Pes，否則改變噴射系數(shù)的值進行迭代計算直到等式成 立；
[0017] e.定義壓力系數(shù)所式中Pe為噴射器擴壓室進口壓力，P為實際循環(huán)過 Ps - Pe 程噴射器擴壓室出口壓力，由于該壓力系數(shù)rid的變化規(guī)律能反映擴壓效率n k的變化規(guī) 律，從而實現(xiàn)利用壓力系數(shù)來評價噴射器的擴壓室效率。
[0018] 所述步驟2)中噴嘴效率hp為常數(shù)，取值在0?1之間。
[0019] 由于實際循環(huán)過程噴射器擴壓室出口壓力與理想循環(huán)過程噴射器擴壓室出口壓 力不同，因此，通過定義壓力系數(shù)hd來描述噴射器擴壓室的工作效率，能夠更恰當?shù)拿枋鰢?射器擴壓室的工作狀況，且方便測量確定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1是跨臨界C〇2蒸氣壓縮/噴射制冷系統(tǒng)簡圖。
[0021] 圖2是采用傳統(tǒng)方法的跨臨界C〇2蒸氣壓縮/噴射制冷系統(tǒng)p-h圖。
[0022] 圖3是采用本發(fā)明方法的跨臨界C〇2蒸氣壓縮/噴射制冷系統(tǒng)p-h圖。
[0023] 圖4是采用本發(fā)明方法與傳統(tǒng)方法時噴射系數(shù)y隨壓力系數(shù)rid和擴壓效率n k 的變化狀態(tài)圖。
[0024] 圖5是采用本發(fā)明方法與傳統(tǒng)方法時COP隨壓力系數(shù)n d和擴壓效率n k的變化。
[0025] 圖中；
[0026] 1.工作流體進口，
[0027] 2.噴嘴的實際狀態(tài)出口，
[002引 2s.噴嘴的理想狀態(tài)出口，
[0029] 3.引射流體進口，
[0030] 4.混合室進口，
[0031] 5.擴壓室進口，
[0032] 6.噴射器實際狀態(tài)出口，
[0033] 6s.噴射器理想狀態(tài)出口，
[0034] 7.實際氣液分離器氣相出口，
[0035] 6g.理想氣液分離器氣相出口
[0036] 8.實際氣體冷卻器進口，
[0037] 12.理想氣體冷卻器進口
[003引 9.實際氣液分離器液相出口，
[0039] 61.理想氣液分離器液相出口，
[0040] 10.實際蒸發(fā)處進口，
[0041] 11.理想蒸發(fā)器進口。

【具體實施方式】
[0042] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明方法作進一步說明。
[0043] 如圖1所示，跨臨界C〇2蒸氣壓縮/噴射制冷系統(tǒng)的工作過程為：
[0044] 從氣體冷卻器出來的處于熱力狀態(tài)的高壓C〇2氣體從工作流體進口 1進入噴射 器，通過噴嘴降壓增速到實際狀態(tài)出口 2(理想循環(huán)過程等滴膨脹到理想狀態(tài)出口 2s)，將 壓力能轉(zhuǎn)化為動能時，由蒸發(fā)器出口來的飽和蒸氣從引射流體進口 3通過引射噴嘴被引射 到吸入室的混合室進口 4,然后在混合室與工作流體等壓混合進入擴壓室進口 5 ;隨后混合 流體通過擴壓室升壓至噴射器實際狀態(tài)出口 6 (理想循環(huán)過程等滴壓縮到噴射器理想狀態(tài) 出口 6s);之后在氣液分離器中分離成飽和液體從實際氣液分離器液相出口 9出來，飽和氣 體從實際氣液分離器氣相出口 7出來（理想循環(huán)過程分別對應(yīng)為理想氣液分離器液相出口 61和理想氣液分離器氣相出口 6g);飽和液體通過膨脹閥膨脹至實際蒸發(fā)處進口 10(理想 循環(huán)過程為理想蒸發(fā)器進口 11)，隨后進入蒸發(fā)器蒸發(fā)制冷又進入引射流體進口 3 ;飽和氣 體進入壓縮機壓縮至高溫高壓再進入實際氣體冷卻器進口 8 (理想循環(huán)過程為理想氣體冷 卻器進口 12)，然后通過氣體冷卻器等壓冷卻至工作流體進口 1。
[0045] 本發(fā)明中指出噴射器擴壓室出口壓力在實際循環(huán)與理想循環(huán)兩種情況下不同，如 圖2與圖3所示。
[0046] 圖2中是傳統(tǒng)方法假定噴射器擴壓室的進出口壓力在實際和理想情況下相 同的情況下，評價噴射器擴壓室效率的擴壓效率rik是基于擴壓室進出口洽值的，形如 化1~廣， K~h
[0047] 而本發(fā)明是引用壓力系數(shù)rid來評價噴射器擴壓室的工作效率，此壓力系數(shù)n d是 基于噴射器擴壓室的進出口壓力的，為：=
[0048] 通過運用MTLAB編寫程序，對C〇2跨臨界噴射制冷循環(huán)做了數(shù)值模擬計算，本實 例選定相關(guān)參數(shù)為；氣體冷卻器出口溫度Ti= 36°C、蒸發(fā)溫度T,= 5°C、噴嘴效率n p = 0. 7。
[0049] 壓力系數(shù)n d的具體計算流程：
[0050] a.輸入噴嘴進口的溫度Ti，壓力pi，蒸發(fā)器出口溫度T2化及噴嘴效率hp;
[0化1] b.根據(jù)本發(fā)明方法計算噴射器理想出口壓力Pes;
[00巧 C.查詢計算相關(guān)參數(shù)hi, has, ha, hs,咕S。S3, Ps，口6;
[0化3] d.預(yù)設(shè)噴射系數(shù)y的初值；
[0054]e.計算噴射器出口洽值he=化l+h3*li)パl+li)，查詢干度Xe=x(Pe，he);
[005引 f.計算噴射系數(shù)y ' = l/xe,-l，迭代計算直至y = y '成立；
[0056] g.計算相關(guān)參數(shù) Te, Se, hy，Sy, hss，hs, Ts, hg;
[0057] h.計算單位制冷量q=也-119)*^八1+1〇和壓縮機單位耗功w= (hs-h,)/ (1+y)；
[005引 i.計算性能系數(shù)COP = q/w，并繪圖。
[0059] 由圖4和圖5可W很明顯看出，y和COP隨壓力系數(shù)ru的變化規(guī)律與其隨擴壓 效率rik的變化規(guī)律基本一致，然而圖3定義的壓力系數(shù)n d是基于擴壓室進出口的壓力， 該可W更恰當?shù)慕忉寚娚淦鲀?nèi)部流動的塞塞現(xiàn)象，且能更方便地準確測量。
【權(quán)利要求】
1. 一種跨臨界CO2制冷循環(huán)中噴射器的擴壓室效率的評價方法，所述的噴射器主要包 括噴嘴、擴壓室和混合室，其特征在于，該評價方法包括如下操作步驟： 1) 先忽略噴射器進出口流體動能，忽略引射流體在引射噴嘴內(nèi)的壓力降，假設(shè)混合室 內(nèi)為等壓混合過程； 2) 采用如下步驟得到壓力系數(shù)： a. 輸入噴嘴進口的溫度T1、壓力P1，蒸發(fā)器溫度T2以及噴嘴效率np; b.通過制冷物性參數(shù)軟件refprop8. 0查詢噴嘴進口 ；)；含值Ii1=h(TP1)、摘值S1 = SCT1,Pl)，噴嘴的理想出口焓值h2s=Ii(T^S1)和引射流進口飽和蒸汽焓值h3=h(T2); c. 依次計算噴嘴的實際出口焓值h2=h廠npOii-hJ和實際出口流速
d. 預(yù)設(shè)噴射系數(shù)y的初值，依次計算 擴壓室進口流速U5=u2/(1+y)，噴射器出口；)；含值h6=(hJh3*y)/(1+y)，擴壓室進 口焓值h5=h6-(u5)2/2 ; 查詢擴壓室進口熵值S5=S(T2,h5)，當擴壓室處于理想狀態(tài)時，h6s=h6,S6s=S5，噴射 器出 口干度x6s =X(h6s,S6s)、壓力p6s =p(h6s,S6s); 最后計算噴射系數(shù)y' =i/x6s-i，判斷y= 是否成立，若成立，理想循環(huán)過程噴 射器擴壓室出口壓力Sps=P6s，否則改變噴射系數(shù)y的值進行迭代計算直到等式成立；
式中Pe為噴射器擴壓室進口壓力，P為實際循環(huán)過程噴 射器擴壓室出口壓力，由于該壓力系數(shù)nd的變化規(guī)律能反映擴壓效率nk的變化規(guī)律，從 而實現(xiàn)利用壓力系數(shù)來評價噴射器的擴壓室效率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述跨臨界CO2制冷循環(huán)中噴射器的擴壓室效率的評價方法，其特 征在于，所述步驟2)中噴嘴效率np為常數(shù)，取值在〇?1之間。
【文檔編號】G06F19/00GK104504252SQ201410755616
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月10日
【發(fā)明者】黃惠蘭, 李剛, 韓美健 申請人:廣西大學