喉部面积比对喷射器性能的影响分析

　　1 引言

　　利用自然可再生能源和低品味的废热热源，喷射式制冷空调系统使用环境友好的制冷剂工作，因此它是可能替代现有制冷系统的非常有前景的系统。吸收式制冷系统虽然也可以利用低品味的热源，但是喷射式制冷系统的简单可靠、低廉的安装和运行成本更加具有优势。越来越多的关注投入到喷射式冷系统和喷射器的研究中[1 -3]。喷射器是喷射式制冷空调系统中的重要部件，其性能对系统效率有着决定性的影响。对喷射器的实验研究早已开始，以前主要集中在能源、石化等大型工程领域的应用，近些年有很多学者对制冷系统的喷射器进行研究[4，5]。

　　利用 CFD 技术对喷射器进行研究将大大节约时间，节省成本。对喷射器的 CFD 建模经历了不可压缩[6]到可压缩[7]的过程。可压缩的研究采用了理想气体模型[7]，这样可以节约计算机资源，提高计算速度，但是却因为实际气体物性与理想气体的物性存在差别而会引起误差。本文的采用二维真实气体、可压缩模型进行计算，这样会占用更多计算机资源，计算速度会受到影响，但是结果将更加符合实际情况。

　　2 CFD 计算结果

　　2. 1 不同喉部面积比对喷射器性能的影响

　　选取二维轴对称，真实气体模型[8]为喷射器的 CFD 计算模型。喷射器的其它尺寸不变，在蒸发条件: te= 8℃ ，Pe= 0. 4bar; 发生器条件: tg85℃ ，P= 4. 77bar; 冷凝条件: tc= 30℃ ，Pc= 0.94bar 工况下，变化喷射器的喉部直径尺寸，引起喷射器两喉部面积的变化。随着喷射器两喉部面积比的不同，喷射系数的变化如图 1 所示。ER 即为喷射系数 u，AR 为喷射器混合室喉部与工作喷嘴喉部的面积之比。在喉部面积比 AR 从 2. 94增加 5. 76 区间，喷射系数 ER 从 -0. 127 增加到0. 32; AR 从 5. 76 增加到 9，，喷射系数 ER 由 0. 32下降 -2. 01。表 1 给出了随着喉部面积比不同，工作流体、引射流体和混合流体流量的变化情况。me、mg分别为引射流体和工作流体的质量流量，mo为混合流体的质量流量。随着喉部面积比的减小，工作流体的质量流量逐渐增加，引射流体的质量流量先增后减，混合流体先减少后有所增加。由此可见喉部面积比在某一给定条件下，要在一定范围中才能使喷射器正常工作，超出这一范围会导致喷射器不能够正常工作。而且喉部面积比存在最优点 AR*使得喷射器性能最佳。

　　2. 2 不同喉部面积比对 COP 的影响

　　喷射器是喷射式制冷系统的最重要的部件，喷射系数是确定喷射器性能优劣的重要标准。但是仅仅从分析喷嘴直径变化对喷射系数的影响的角度来考虑喷嘴直径对系统性能的影响还是不够的。根据 COP 的数值可以确定系统性能的优劣，喉部面积比对制冷系统 COP 的影响见图 2。当喷射系数为负值时，COP 取值为 0。当喉部面积比为 5. 76 时，对应最大的 COP = 1. 94。COP 的变化趋势与喷射系数的变化趋势基本一致。