蒸汽喷射器混合室结构对其性能的影响

　　0 引 言

　　喷射制冷系统是一种结构简单、操作方便、环境友好的低品位能源利用系统.系统中喷射器代替了传统压缩制冷系统中的压缩机,使系统成为热驱动的制冷系统,非常适于余热、废热、太阳能等低品位能源的利用.同时,喷射制冷系统不但可以形成很高的真空度,而且抽气能力也很大,可以提供较大的制冷量,适用于以水为制冷剂的制冷方式^[1].目前,限制蒸汽喷射制冷方式大量使用的主要原因是喷射器的效率偏低,主要体现在两个方面:一是喷射系数较低,仅为0.3左右;二是低品位能源的利用(100°C)需要较低温度的冷却水,而在需要制冷的环境中,低温冷却水是不易存在的.为克服上述问题,本文从喷射器混合室结构优化设计出发来改善喷射器的性能.

　　1 喷射器性能分析中常用参数

　　决定喷射器性能的关键参数是喷射系数X*和临界压缩比α* ^[2-3],两者的关系为:(1)当工作流体压力和引射流体压力比一定时,采用喷嘴的出口马赫数越高,喷射器的ω*越大,而p*_d越低;(2)当喷嘴出口马赫数一定时(喷射器结构一定),工作流体压力和引射流体压力比越大,ω*越低,p*_d越高.ω*与p*_d随工作参数和喷射器结构变化趋势相反.喷射器具有高的喷射系数的同时具有高的临界压缩比,是保证蒸汽喷射制冷系统高效率、适应环境广的前提,而这两个参数的值却是互相制约的.从优化喷射器结构出发来最大限度地提高该两个参数是喷射器性能优化的一个重要途径.本文通过喷射器中混合室结构调整来达到这一目的.

　　2 混合室结构对喷射器性能的影响

　　混合室的主要作用是使工作流体与引射流体充分混合,保证混合流体经扩压器实现最大限度的压力恢复^[4].实验表明,在以速度场均衡的流体进入扩压器的条件下,动能转换成势能的过程是以最小损失进行的.当扩压器入口截面上的轴向速度与平均速度之比从1增加至4.8时,扩压器的效率从0.90降至0.35.因此,混合室结构对喷射器的性能影响很大.本文在保持喷射器其他结构不变情况下,分析混合室收缩段和等面积段结构对喷射器性能的影响.

　　2.1 混合室收缩段长度的影响

　　本文采用锥形混合室入口段.在固定混合室等面积段直径及吸收室直径的前提下,调整混合室收缩段长度,如图1所示.为找出l₃对喷射器最大喷射系数的影响规律,分别对具有不同喷嘴结构的3个喷射器按图1的方式改变l₃,使l₃分别为35、53、80、90、107、120、130和160mm.

　　图2(a)为1号喷射器在膨胀比为15、27、40时最大喷射系数随l₃的变化曲线.从图中可以看到,1号喷射器在膨胀比为15、27、40时,l3的最佳值分别为80、90、107mm;图2(b)为3号喷射器在膨胀比为40、60、187时,最大喷射系数随l3的变化曲线,其中,各膨胀比对应l₃的最佳值分别为80、107、114mm.图3为1)3号喷射器在膨胀比均为40工况下,最大喷射系数随l₃的变化曲线.由图3可知, 1号喷射器l3的最佳值为107mm、2号喷射器为100mm、3号喷射器为90mm.