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双元工质在喷射制冷系统中循环机理的研究

张于峰  
【摘要】:本文提出了一种新的双元工质喷射制冷循环系统,克服了传统喷射制冷系统由于低压缩比造成的制冷温度高的缺陷,利用双元工质低温域蒸发和喷射器适应湿压缩的特点,使在原有低压缩比(工况下,实现了蒸发温度To的明显下降,扩大了喷射制冷系统的适用范围和制冷效果。 文中对双元非共沸工质喷射制冷系统循环做了可行性分析,利用建立的数学模型对双元工质对进行了热力循环计算,对计算结果进行了分析讨论。理论分析和计算表明,双元工质在喷冷系中施行低温域蒸发是可行的,可以提高系统的制冷品质;而喷射器适应双相工质压缩的特点为循环进行提供了技术保证。 喷射器是喷射制冷系统的关键部件,完善的设计方法对改善喷冷系统的性能极其重要。本文提出新的一种喷射器数值计算方法,在客观评价传统计算方法--经典热力学法和气体动力函数法存在的缺陷和计算结果偏差的基础上,根据工作介质的热物性和相平衡特性及热力学和流体力学基本理论,建立了相应的物理模型和数学模型,完成了高速双相流动喷射器的数值计算和设计,并应用三种不同的计算方法针对相应制冷工况进行了计算和试验比较,证实了新的数值计算方法的优越性。 新的数值计算法的计算结果和试验表明,该方法不但可以合理地计算喷射器关键尺寸,而且能够确定极限压缩比和极限喷射系数,证明了数值法设计的喷射器更能适应双元工质双相流的流动条件。 本文选用R123、R141b作为传统R11的替代工质进行了理论计算和系统循环实验,不仅具有更低的环害系数,其喷冷循环性能也不同程度地优于R11,是比较理想的喷冷循环替代工质。 本文还对双元非共沸工质的确定方法进行了理论探讨,并利用物性方程和汽液平衡理论对四组工质对R123/R142b、R123/R318、R141b/R142 b、R318/ R141b进行了热力循环计算,并对双元工质对R123/R142b、R123 /R141b、R141b/R142b和R318/ R141b进行了喷冷循环实验。理论分析和实验数据表明,应用双元工质施行低温域蒸发,可在一般压缩比下降低蒸发温度约6℃左右,COP值提高达到10%以上。


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