蒸发过冷对喷射器跨临界CO_2热泵的影响

【摘要】：CO_2自然工质具有环保性能好、安全性高和热物理性优良的特点,在跨临界循环下能较好地满足有限水流量的加热过程,因而广泛应用于热泵热水器领域。但CO_2在热泵跨临界循环系统中使用时,面临着节流损失大而引起的系统运行性能低的问题。之前研究人员的研究结果表明在跨临界CO_2循环中引入中间补气过冷循环与回热器,所产生的过冷作用可降低节流损失,同时还可显著提高了系统COP;相比膨胀机在使用喷射器回收膨胀功时,其具有结构简单、性能可靠且经济性好等优点,从而被广泛应用到跨临界CO_2循环系统中以减小节流损失。本研究在前人研究的基础上,提出了新的过冷循环形式,并通过理论分析研究了蒸发过冷对跨临界CO_2循环系统和喷射器跨临界CO_2系统运行性能的影响。首先,根据热力学定律对蒸发过冷跨临界CO_2循环(ETCS)建立能量模型和?模型,使用Matlab软件编写数值模拟计算程序,计算中使用Matlab语句调用Refprop数据库提供的制冷剂参数。研究了蒸发过冷对跨临界CO_2循环系统COP和效率的影响。研究结果表明:在气体冷却器的出口温度为40℃、蒸发温度为5℃工况下,ETCS循环经济器内的温度降存在最佳值为14℃;与基本跨临界CO_2循环系统相比,ETCS循环系统的COP、?效率和单位容积制冷能力分别提高了24%、23.8%和52%。其次,本文建立了一维(1-D)喷射器定混合压力模型(CPM)并研究了蒸发过冷对喷射器跨临界CO_2循环COP、效率以及喷射器特性参数的影响。研究结果表明:在气体冷却器的出口温度为40℃、蒸发温度为5℃工况下,蒸发过冷喷射器跨临界CO_2循环(EETCS)经济器内的温度降的最佳值为11℃;与基本喷射器跨临界CO_2循环系统相比,EETCS循环系统的COP和?效率分别提高了11.1%和11.2%;喷射器的升压力比r和出口干度x随着经济器内温度降T_(wj)的增加而不断降低,喷射器的引射系数u和喷射器?效率η_(Ex,eje)随着经济器内温度降T_(wj)的增加却不断增加。以上研究结果表明本课题提出新的蒸发过冷形式有利于提高系统的实际运行性能,降低系统的不可逆损失;其不仅增强了系统的制冷、制热能力,还显著提高了系统COP。