冷凝温度对喷射器性能的影响研究

　　1 引言

　　喷射式制冷空调系统可以利用自然可再生能源和低品味的生产废热热源,而且系统简单可靠,安装运行成本低廉[1-3]。喷射器是喷射式制冷空调系统的核心部件,其性能直接决定着系统的COP。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]。CFD技术为分析各种形态的流动提供了一个突破点。利用CFD技术对喷射器进行研究将大大节约时间,节省成本。大多数的对喷射器的CFD建模中研究采用理想气体或者常物性参数[6, 7]。这样可以节约计算机资源,提高计算速度,但是却有可能致使结果不够准确。

　　本文的CFD模拟采用二维真实气体模型进行计算。这样可使结果更加准确。搭建喷射式空调的实验系统,对CFD建模的可行性进行验证。使用经过验证的CFD模型,分析了实验范围以外的喷射器及喷射式空调系统的性能。

　　2 喷射器的模型建立

　　利用二维轴对称,真实气体模型对所设计的喷射器进行建模研究[6]。采用Realizable k-E模型,由于喷射器内大部分区域都是高速流体,导致在靠近壁面的很薄的边界层内速度梯度非常大,给模拟计算过程带来了很大的麻烦。近壁处的处理方法采用标准壁面函数法进行处理[6]。

　　3 冷凝条件对喷射器性能和系统COP的影响

　　3. 1 冷凝条件对喷射器性能的影响

　　在蒸发温度8e(0. 400bar),发生温度85e(4. 77bar)的条件下,计算了冷凝温度变化时同喷射系数的变化趋势,如图1所示。在冷凝温度20e(0. 650bar)至40e(1. 329bar)的区间里,喷射系数数值为0. 185保持不变;在40e(1.329bar)至41e(1. 373bar)的区间里,喷射系数急剧下降,降为-0. 644。在20e[tc[40e的温度范围,存在喷射系数不变的现象,即/恒能力0现象。40e对应的压力1. 329bar即为临界冷凝压力P*c。当Pc[P*c时,喷射系数都保持在某一数值不变化。

　　3. 2 冷凝条件对系统COP的影响

　　系统的机械COP随着冷凝温度的变化趋势,见图2所示。在20e[tc[40e的温度范围,随着冷凝温度的增加,机械COP逐步增大,从0.87增加到1.38。当喷射系数为负值时,COP失去计算意义,为示意假定为0。在实际的喷射系统运转过程中,选择的运转点应尽量靠近临界点,如图2所示的A点。虽然喷射系数不会变化,但是系统的性能会比较优越。由于越过A点,喷射器会失效。这就要求找到各种可能的工况下的临界点,然后再确定出几个工作点,比如B点、C点或者D点,然后在实际中实验确定这些点的优劣。

　　3. 3 冷凝条件对工作流体和引射流体质量流量的影响

　　在20e[tc[41e的冷凝温度区间,工作流体的质量流量mg随着冷凝温度的增加没有变化,保持在0. 05182kg/s;;引射流体的质量流量me在20e[tc[40e的范围内没有变化,为0.00958kg/s,但是tc>40e时,me急剧下降,见图3。在计算范围中,冷凝温度的变化对mg没有影响,对me的影响存在转折点,转折点前保持不变,转折点后会急剧下降。引射流体me的变化趋势与喷射系数的变化趋势完全一致。