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喷射器与太阳能喷射式制冷系统研究

张博  
【摘要】: 随着人们生活水平的提高,空调的使用日益广泛。与此同时,大量使用机械压缩制冷系统带来电能消耗、环境污染问题也向人类可持续发展提出了挑战。利用太阳能等可再生资源来满足人们需求是众多可供选择方案中最直接的解决办法。由于可以利用低温热源驱动,并且本身结构简单、运行可靠,因此喷射式制冷系统近年来在国际上获得了比较多关注。 本文对太阳能喷射式制冷系统进行了比较系统的研究,通过性能分析、数值模拟、实验验证等方法对太阳能喷射式制冷系统的运行性能、特性等方面进行了探讨。运用基础能量消耗方法,研究了太阳能增压喷射式制冷系统的运行性能。并且,着重针对太阳能喷射式制冷系统的核心部件——喷射器进行了结构设计、性能分析、流场计算等多方面研究。设计并调试安装了一套太阳能喷射式制冷系统实验台,提出了新型太阳能双喷射式制冷系统。本文主要研究内容如下: (1)在对一维气体喷射器性能计算和结构设计方法进行分析和改进的基础上,综合大连理工大学多年研究成果,编制多种工质的气体喷射器设计和性能分析软件。研究喷射器性能、设计结构与工作参数变化关系。 (2)通过求解喷射器二维轴对称、可压缩流动模型,对喷射器内部流场和喷射器运行性能之间的关系进行了研究。并且,通过蒸汽喷射器性能实验台,比较了试验数据和数值结果结果,证明了二维流动模型对喷射器工作特性可行性和准确性。研究了喷射器结构变化对内部流场的影响,以及引起的喷射器性能变化关系。 (3)利用数值模拟方法,比较研究了多种制冷剂和增压器在喷射式制冷系统中的使用性能,以及蓄热器在太阳能喷射式制冷系统中的应用和对性能的影响。结合中国北方某城市在夏天太阳能辐射数值,给出了以R123为制冷剂的太阳能喷射式制冷系统在这种条件下的运行结果。模拟运行结果表明,采用20m~2平板真空管集热器,太阳能喷射式制冷系统从上午10点运行到下午4点期间,可以满足供60—70m~2(采用增压器)或者20—30m~2(不采用增压器)住宅空间制冷空调要求。系统最大制冷能力1.8kW、平均COP为0.259(不采用增压器)或者最大制冷能力5.2kW、平均COP为0.777(采用增压器) (4)建立了以电加热模拟太阳能辐射的喷射式空调系统实验台,研究了喷射式制冷系统的工作特性和影响因素,以及制冷剂R123的运行性能。通过调节电加热器的功率,模拟了太阳辐射强度随时间的变化情况,模拟集热器面积10m~2。系统可以提供15℃的冷却水,全天平均COP为0.20,系统最大制冷能力为0.4kW。 (5)在研究了气-液喷射器的工作原理和性能分析方法以后,利用气-液喷射器可以将吸入口液体升压到高于工作压力的特性,提出了以气-液喷射器替代机械泵的新型双喷射式制冷系统。研究了这种新型制冷系统的可行性以及工作特点和工作性能。模拟了太阳能双喷射式制冷系统的运行,结果表明,太阳能双喷射式制冷系统的COP和制冷量比太阳能喷射式制冷系统平均低大约20%,但是系统不消耗电能。


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