制冷循环中喷射器的扩压室效率的评价方法
【专利摘要】本发明公开了一种跨临界CO2制冷循环中喷射器的扩压室效率的评价方法，该评价方法利用压力系数来评价喷射器的扩压室效率；压力系数是基于扩压室进出口压力表示的，压力系数的表达式为式中p为实际循环过程喷射器扩压室出口压力，ps为理想循环过程喷射器扩压室出口压力，pe为喷射器扩压室进口压力。本发明方法采用压力系数来评价喷射器扩压室的效率，测量起来更加方便，而且评价喷射器扩压室的工作更加准确，更准确的解释喷射器内部流动的壅塞现象。
【专利说明】-种跨临界co;制冷循环中喷射器的扩压室效率的评价方 法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种喷射器的扩压室工作效率的评价方法，尤其是设及一种跨临界 C〇2制冷循环中喷射器的扩压室效率的评价方法。
【背景技术】
[0002] 由于能源紧张W及环境污染严重，寻求各种环境友好型、可持续型能源，发展节能 技术事在必行。0)2^其独特的热物理性质和环境友好性能受到很多学者的重视。然而， 由于其临界温度只有31. rc，由其构成的跨临界循环系统的高低压两侧的压力差将达到 7MPa，而且过热损失和节流损失都比较大。其中，如何减少系统节流损失成为提高C〇2制冷 系统的性能系数（COP)的一个重要研究内容。
[0003] 国内外学者通过理论分析和实验验证，提出运用喷射器可W减少膨胀过程的节流 损失，回收部分压力能。而且喷射器具有结构简单、成本低、无运动部件、适应两相流工况等 优点。目前，许多学者对C〇2蒸气压缩/喷射制冷循环进行了一些理论分析研究，得出理论 上系统性能系数COP比简单循环提高了 20% W上。
[0004] 大多研究者分析时，假设在喷射器中，理想循环过程与实际循环过程的喷射器扩 压室出口压力相同；然而在喷射器内部存在复杂的素流混合过程、摩擦损失和出现塞塞现 象等因素，实际循环过程喷射器扩压室出口压力与理想循环过程喷射器扩压室出口压力会 有所不同。因此，传统基于理想循环过程与实际循环过程的喷射器扩压室出口压力相同条 件下所作的评估跨临界C〇2制冷循环中喷射器的扩压室效率评估结果就不够可靠。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种跨临界c〇2制冷循环中喷射器的扩压室效 率的评价方法，通过利用压力系数来评价喷射器的扩压室效率，能够更合理更准确的评价 喷射器内部复杂的素流混合过程，确定出摩擦损失和塞塞现象对扩压室工作效率的影响。
[0006] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为；
[0007] 本发明跨临界c〇2制冷循环中喷射器的扩压室效率的评价方法，所述的喷射器主 要包括喷嘴、扩压室和混合室，该评价方法包括如下操作步骤：
[000引 1)先忽略喷射器进出口流体动能，忽略引射流体在引射喷嘴内的压力降，假设混 合室内为等压混合过程；
[0009] 2)然后采用如下步骤得到压力系数：
[0010] a.输入喷嘴进口的温度V压力Pi，蒸发器温度T2化及喷嘴效率hp;
[0011] b.通过制冷物性参数软件re巧rop8. 0查询喷嘴进口洽值hi = h(T 1，Pi)、滴值Si =S(Ti，Pi)，喷嘴的理想出口洽值h2,= h(T2，Si)和引射流进口饱和蒸汽洽值ti3= hOg ; [001引 C.依次计算喷嘴的实际出口洽值h2= h i-hp Oli-hss)和实际出口流速 W-2= -/!三>
[0013] d.预设喷射系数y的初值，依次计算
[0014] 扩压室进口流速Us= U 2/ (1+ y)，喷射器出口洽值he=化冲3* iO八1+ y)，扩压 室进口洽值h日=he-(u日)2/2 ;
[0015] 查询扩压室进口滴值Ss= S(T2，hs)，当扩压室处于理想状态时，hes=he，Ses= Ss， 喷射器出口干度X目s二X化目s, S目s)、压力p目s二p化目s, S目s);
[0016] 最后计算喷射系数U'二lAe,-l，判断U二U'是否成立，若成立，理想循环过 程喷射器扩压室出口压力为P,二Pes，否则改变喷射系数的值进行迭代计算直到等式成 立；
[0017] e.定义压力系数所式中Pe为喷射器扩压室进口压力，P为实际循环过 Ps - Pe 程喷射器扩压室出口压力，由于该压力系数rid的变化规律能反映扩压效率n k的变化规 律，从而实现利用压力系数来评价喷射器的扩压室效率。
[0018] 所述步骤2)中喷嘴效率hp为常数，取值在0?1之间。
[0019] 由于实际循环过程喷射器扩压室出口压力与理想循环过程喷射器扩压室出口压 力不同，因此，通过定义压力系数hd来描述喷射器扩压室的工作效率，能够更恰当的描述喷 射器扩压室的工作状况，且方便测量确定。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1是跨临界C〇2蒸气压缩/喷射制冷系统简图。
[0021] 图2是采用传统方法的跨临界C〇2蒸气压缩/喷射制冷系统p-h图。
[0022] 图3是采用本发明方法的跨临界C〇2蒸气压缩/喷射制冷系统p-h图。
[0023] 图4是采用本发明方法与传统方法时喷射系数y随压力系数rid和扩压效率n k 的变化状态图。
[0024] 图5是采用本发明方法与传统方法时COP随压力系数n d和扩压效率n k的变化。
[0025] 图中；
[0026] 1.工作流体进口，
[0027] 2.喷嘴的实际状态出口，
[002引 2s.喷嘴的理想状态出口，
[0029] 3.引射流体进口，
[0030] 4.混合室进口，
[0031] 5.扩压室进口，
[0032] 6.喷射器实际状态出口，
[0033] 6s.喷射器理想状态出口，
[0034] 7.实际气液分离器气相出口，
[0035] 6g.理想气液分离器气相出口
[0036] 8.实际气体冷却器进口，
[0037] 12.理想气体冷却器进口
[003引 9.实际气液分离器液相出口，
[0039] 61.理想气液分离器液相出口，
[0040] 10.实际蒸发处进口，
[0041] 11.理想蒸发器进口。
【具体实施方式】
[0042] 下面结合附图对本发明方法作进一步说明。
[0043] 如图1所示，跨临界C〇2蒸气压缩/喷射制冷系统的工作过程为：
[0044] 从气体冷却器出来的处于热力状态的高压C〇2气体从工作流体进口 1进入喷射 器，通过喷嘴降压增速到实际状态出口 2(理想循环过程等滴膨胀到理想状态出口 2s)，将 压力能转化为动能时，由蒸发器出口来的饱和蒸气从引射流体进口 3通过引射喷嘴被引射 到吸入室的混合室进口 4,然后在混合室与工作流体等压混合进入扩压室进口 5 ;随后混合 流体通过扩压室升压至喷射器实际状态出口 6 (理想循环过程等滴压缩到喷射器理想状态 出口 6s);之后在气液分离器中分离成饱和液体从实际气液分离器液相出口 9出来，饱和气 体从实际气液分离器气相出口 7出来（理想循环过程分别对应为理想气液分离器液相出口 61和理想气液分离器气相出口 6g);饱和液体通过膨胀阀膨胀至实际蒸发处进口 10(理想 循环过程为理想蒸发器进口 11)，随后进入蒸发器蒸发制冷又进入引射流体进口 3 ;饱和气 体进入压缩机压缩至高温高压再进入实际气体冷却器进口 8 (理想循环过程为理想气体冷 却器进口 12)，然后通过气体冷却器等压冷却至工作流体进口 1。
[0045] 本发明中指出喷射器扩压室出口压力在实际循环与理想循环两种情况下不同，如 图2与图3所示。
[0046] 图2中是传统方法假定喷射器扩压室的进出口压力在实际和理想情况下相 同的情况下，评价喷射器扩压室效率的扩压效率rik是基于扩压室进出口洽值的，形如 化1~广， K~h
[0047] 而本发明是引用压力系数rid来评价喷射器扩压室的工作效率，此压力系数n d是 基于喷射器扩压室的进出口压力的，为：=
[0048] 通过运用MTLAB编写程序，对C〇2跨临界喷射制冷循环做了数值模拟计算，本实 例选定相关参数为；气体冷却器出口温度Ti= 36°C、蒸发温度T,= 5°C、喷嘴效率n p = 0. 7。
[0049] 压力系数n d的具体计算流程：
[0050] a.输入喷嘴进口的温度Ti，压力pi，蒸发器出口温度T2化及喷嘴效率hp;
[0化1] b.根据本发明方法计算喷射器理想出口压力Pes;
[00巧 C.查询计算相关参数hi, has, ha, hs,咕S。S3, Ps，口6;
[0化3] d.预设喷射系数y的初值；
[0054]e.计算喷射器出口洽值he=化l+h3*li)パl+li)，查询干度Xe=x(Pe，he);
[005引 f.计算喷射系数y ' = l/xe,-l，迭代计算直至y = y '成立；
[0056] g.计算相关参数 Te, Se, hy，Sy, hss，hs, Ts, hg;
[0057] h.计算单位制冷量q=也-119)*^八1+1〇和压缩机单位耗功w= (hs-h,)/ (1+y)；
[005引 i.计算性能系数COP = q/w，并绘图。
[0059] 由图4和图5可W很明显看出，y和COP随压力系数ru的变化规律与其随扩压 效率rik的变化规律基本一致，然而图3定义的压力系数n d是基于扩压室进出口的压力， 该可W更恰当的解释喷射器内部流动的塞塞现象，且能更方便地准确测量。
【权利要求】
1. 一种跨临界CO2制冷循环中喷射器的扩压室效率的评价方法，所述的喷射器主要包 括喷嘴、扩压室和混合室，其特征在于，该评价方法包括如下操作步骤： 1) 先忽略喷射器进出口流体动能，忽略引射流体在引射喷嘴内的压力降，假设混合室 内为等压混合过程； 2) 采用如下步骤得到压力系数： a. 输入喷嘴进口的温度T1、压力P1，蒸发器温度T2以及喷嘴效率np; b.通过制冷物性参数软件refprop8. 0查询喷嘴进口 ；)；含值Ii1=h(TP1)、摘值S1 = SCT1,Pl)，喷嘴的理想出口焓值h2s=Ii(T^S1)和引射流进口饱和蒸汽焓值h3=h(T2); c. 依次计算喷嘴的实际出口焓值h2=h厂npOii-hJ和实际出口流速
d. 预设喷射系数y的初值，依次计算 扩压室进口流速U5=u2/(1+y)，喷射器出口；)；含值h6=(hJh3*y)/(1+y)，扩压室进 口焓值h5=h6-(u5)2/2 ; 查询扩压室进口熵值S5=S(T2,h5)，当扩压室处于理想状态时，h6s=h6,S6s=S5，喷射 器出 口干度x6s =X(h6s,S6s)、压力p6s =p(h6s,S6s); 最后计算喷射系数y' =i/x6s-i，判断y= 是否成立，若成立，理想循环过程喷 射器扩压室出口压力Sps=P6s，否则改变喷射系数y的值进行迭代计算直到等式成立；
式中Pe为喷射器扩压室进口压力，P为实际循环过程喷 射器扩压室出口压力，由于该压力系数nd的变化规律能反映扩压效率nk的变化规律，从 而实现利用压力系数来评价喷射器的扩压室效率。
2. 根据权利要求1所述跨临界CO2制冷循环中喷射器的扩压室效率的评价方法，其特 征在于，所述步骤2)中喷嘴效率np为常数，取值在〇?1之间。
【文档编号】G06F19/00GK104504252SQ201410755616
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月10日 优先权日:2014年12月10日
【发明者】黄惠兰, 李刚, 韩美健 申请人:广西大学