跨临界CO_2两相流引射制冷系统数值模拟及实验研究

跨临界CO_2两相流引射制冷系统数值模拟及实验研究

作者:师大云端图书馆 时间:2019-05-07 分类:硕士论文 喜欢:2234
师大云端图书馆

【摘要】在传统的CO2跨临界循环制冷系统中,由于CO2的临界点低,膨胀阀节流前后的气体分别处于超临界和亚临界状态,节流损失很大。因此,通过回收CO2跨临界循环制冷系统膨胀功来提高系统COP的潜力很大。鉴于引射器具有结构简单、无运动部件、可靠性高等特点,本文利用引射器代替传统节流装置回收膨胀功,对带回热器的跨临界CO2两相流引射制冷系统进行数值模拟和实验研究,这对CO2制冷系统性能的提高具有重要理论意义和实际应用价值。本文在课题组前期研究基础上对现有实验台进行了改造,设计加工了连续可调式引射器,根据改进后的跨临界CO2两相流引射制冷实验系统,建立了引射器内部热力学模型、引射器内部激波分析模型和系统数学模型,对带回热器的跨临界CO2两相流引射制冷系统性能进行了数值模拟。为了验证数值模拟的合理性,在不同的蒸发温度、气冷器出口温度及高压侧压力下,对有/无回热器的跨临界CO2两相流引射制冷系统性能进行了变工况实验研究,并将模拟结果和实验结果进行了比较;同时,在相同工况下,将跨临界CO2两相流引射制冷系统性能与传统系统性能进行了比较,分析了回热器、蒸发温度、冷却温度及冷却压力对系统性能的影响。模拟结果表明:(1)系统COP随着气冷器出口温度的增大而降低,随着蒸发温度的增大而升高,在模拟工况下,回热器的使用可使系统COP提高23.3%~25.43%,且气冷器出口温度越低,回热器对系统性能的改善就越显著。(2)对引射器内部激波的模拟结果表明:在模拟工况下,喷嘴扩张段会产生正激波,随着蒸发压力的升高激波发生截面逐渐向喉部移动,而随着进口总压的增大,激波发生截面则越远离喉部;喷嘴出口、喉部面积比Anout/At越大,激波发生截面积也越大。(3)在相同工况下,引射系统性能均高于传统系统,且随着蒸发温度的升高,引射系统性能的改善幅度也逐渐增大;在模拟工况下,引射系统性能比传统系统可提高19.47%~60.9%。实验结果表明:(1)当气冷器出口温度和高压侧压力固定时,在相同工况下,有回热的跨临界CO2两相流引射制冷系统性能普遍高于无回热系统,且回热器对系统性能的改善随蒸发温度的增大而减小,在蒸发温度为-3℃~5℃范围内,回热器的使用可使系统COP提高11.41%~36.11%。(2)当蒸发温度及气冷器出口温度固定时,系统COP随着高压测压力的增大呈先升高后降低的趋势;当蒸发温度为1℃、气冷器出口温度为40℃时,回热器只有在高压侧压力较低时对系统有积极作用,随着高压侧压力的增大,回热器对系统性能的改善幅度呈逐渐减小的趋势,当高压侧压力增大到一定值时,回热器的使用反而会降低系统性能,这说明回热器只有在合理的使用工况下才能改善系统性能,且在高压侧压力较低时回热器的使用效果会更显著;(3)通过与传统循环系统性能对比发现,有回热的跨临界CO2两相流引射制冷系统性能均高于传统系统,实验工况下,引射系统性能比传统系统提高2.61%~35%左右,这说明引射器的使用对传统CO2系统性能的提高起到了很大的积极作用。实验结果与模拟结果的对比分析表明:在相同工况下,系统COP的实验结果均低于模拟结果。分析其原因,可能是由于在模拟计算中对系统运行进行了一些理想假设,忽略了管道阻力、压降等一些影响系统性能的因素,结果导致模拟结果高于实验结果。但两种计算结果得到的系统COP随工况参数的变化趋势是一致的,验证了本文模拟计算的合理性。
【作者】王冬丽;
【导师】郭宪民;
【作者基本信息】天津商业大学,制冷及低温工程,2013,硕士
【关键词】两相流引射制冷系统;CO2跨临界循环;可调式引射器;回热器;

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