两相喷射器增效的新型太阳能喷射-压缩耦合制冷系统研究

作     者：黄潇治 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李风雷;范健灵

授予年度：2020年

学科分类：080705[工学-制冷及低温工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：喷射器 太阳能 压缩 制冷 能量分析 ?分析 多目标优化 

摘      要：为了解决常规太阳能喷射制冷系统热利用率低和在变化天气下运行不稳定的问题,本文构建了一种由两相喷射器增效的新型太阳能喷射压缩耦合制冷(NSECR)系统,通过运行模式切换实现全天候供冷。建立能量分析、?分析和经济分析模型,使用R134a及其替代物环保制冷剂R1234yf和R1234ze,对NSECR系统进行综合研究。主要研究工作及结论如下:(1)建立了两相喷射器和气体喷射器性能预测模型。与以R134a为制冷剂的实验数据相比,两相喷射器模型计算结果出口压力和喷射系数最大误差分别为5.44%和-5.13%,气体喷射器的最大误差分别为6.15%和13.94%。理论分析了工况参数和结构参数对两相喷射器性能的影响,得出了最优面积比与工况参数的关联式。(2)在太阳辐射强度为200～900W/m,冷凝温度为35～55℃,蒸发温度为5℃的工况范围内,与NSECR系统最匹配的两相喷射器尺寸为喉部直径2mm,喷嘴出口直径2.2mm,混合室直径6.75mm。两相喷射器代替常规太阳能喷射压缩耦合制冷(CSECR)系统的节流阀能节省4.68%～13.78%的压缩机耗功,机械性能系数COP和?效率的提高率分别为3.43%～15.76%,0.78%～13.16%,并且NSECR系统在高压比的工况下节能性更显著。(3)能量分析结果表明:发生温度的提高能有效减少发生器耗热量和压缩机耗功,提高机械性能系数COP和热性能系数COP。但发生温度过高时,由于工质泵耗功的增加COP反而会降低。随冷凝温度升高,COP减小,COP增大。NSECR系统在高太阳辐射下的性能更优,与相同工况和制冷量的蒸汽压缩系统相比COP提高率可达到43.01%。(4)?分析结果表明:随着发生温度、冷凝温度及太阳辐射强度的升高,NSECR系统的总?损增大,?效率减小。?损主要发生在压缩机、太阳能集热器、冷凝器和气体喷射器中,且随发生温度、冷凝温度及太阳辐射强度的上升,后三者?损增加率分别最大。因此优化压缩机、太阳能集热器、冷凝器和气体喷射器的结构以减少设备内部损耗能进一步提高新系统的性能。(5)采用多目标(系统?效率和全年总费用)优化技术获得了最佳经济效益设计点——发生温度80.5℃,冷凝温度40℃。最优设计点处的定量分析发现,和相同制冷量3k W的CSECR系统相比,NSECR系统能节省6.71%的压缩机耗功,COP能提高6.92%。总?损减少3.33%,?效率提高2.85%。全年总费用能节省873元/年。