不同制冷剂的气-液喷射泵性能计算分析

　　0引言

　　喷射制冷方式结构简单!安装和维护方便,是一种有前景的制冷方式"对该系统的制冷子循环来说,输送冷凝液体的循环泵是唯一的一个机械运动部件,它消耗电能且相比其它部件来说需要较多的维护"因此,近年来不少学者试图采用其它方法来替代循环泵输送冷凝液体,例如形瓜川等采用重力势能来达到提高冷凝液体压力的目的;Huang等在系统中增加了一个发生器,通过用冷却水来降低其中一个发生器的压力来达到冷凝液体自动回流的目的.shen阁等根据气液喷射泵能够将气液两相流混合后液体的压力提升至超过一次流体的压力这一特性,用喷射泵替代循环泵而提出了双喷射制冷系统.文献对这种新型双喷射制冷系统中喷射泵的性能进行了分析"本文在相同的温度工况下,比较喷射泵以不同制冷剂为工质的引射系数,分析并比较喷射泵内的压力和速度变化趋势及混合室内的壁面阻力情况,以指出不同工质喷射泵性能存在差异的主要原因.

　　1气-液喷射泵的热力学模型

　　如图1所示,气-液喷射泵由蒸气喷嘴、液体喷嘴、混合室和扩压室这四部分组成,本文针对这四部分分别根据质量守恒、动量守恒和能量守恒建立了控制方程组.建立模型时所做的主要假设有:(1)流体在喷射泵内进行一维稳态流动;(2)忽略工作蒸气及引射液体入口的动能;(3)喷射泵的混合室入口处,工作蒸气的压力与引射液体的压力相等,两股流体在混合室内等压混合;(4)由于在混合室末端,蒸气的干度较小,本文认为气液两相的速度相等,且认为气液两相在混合室的末端达到了热平衡.

　　蒸气喷嘴是将工作蒸气的烙值转化为动能的关键结构，其结构参数和特性参数的计算方程如下:

　　式中，ug1、pg1和hgis分别为工作蒸气在喷嘴出口的速度、压力和等熵比焓;ηg为蒸气喷嘴的效率;hg、Sg和pg1分别为工作蒸气的比焙、比熵和压力;k为绝热指数;At和Ag1分别为喷嘴的喉部面积和出口面积;β为膨胀系数。

　　受背压的影响，喷射泵内完全混合的气液相平衡的两相流当速度大于完全平衡音速时，将在喉部位置产生正激波。完全平衡音速根据下式计算:

　　式中,a为完全平衡音速;x为干度;R为气体常数;Ts为饱和温度;r为蒸发潜热;cw为液相比热容;cg为气相比热容;ε为截面含气率。

　　2结果和分析

　　本文主要的计算条件或假设有:(1)发生器温度为90°C,工作蒸气为饱和气体;(2)冷凝温度为33°C,冷凝液体过冷5°C,为了防止气化,均假定图2中喷射泵在位置1处的压力满足冷凝液体具有2°C的过冷度;(3)喷射泵混合室和扩压室的收缩角度和扩张角度分别为6°和12°;(4)制冷剂物性的计算主要依据REFPROP软件;(5)喷射泵混合室的喉部与喷嘴喉部的面积比为0.7.