R134a两相流引射器数值模拟及系统性能实验研究

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两相流引射节流循环采用引射器代替传统制冷循环中的膨胀阀或毛细管,来回收高压工质的压力能,以期提高制冷系统的性能系数。前期研究表明,影响该系统性能的关键因素是两相流引射器的性能,因此,本文对汽液两相流引射器内部流动和性能进行了数值模拟和实验研究,探讨引射器几何参数和工况对汽液两相流引射器及系统性能的影响,对改善两相流引射节流循环系统性能具有重要意义。本文应用CFD软件对不同几何尺寸的引射器内部流动进行了数值模拟,分析了固定工况条件下引射器几何参数对引射器性能的影响,同时研究了固定几何尺寸条件下工况参数对引射器性能的影响。在R134a两相流引射器节流制冷循环实验台上进行了实验研究,探讨了定工况下引射器喷嘴喉部直径和混合室直径的优化匹配以及蒸发温度和冷凝温度对引射器和系统性能的影响,并将模拟结果与实验结果进行了比较,得到如下结论:(1)模拟结果表明,在引射器运行工况不变的情况下,引射器各部分尺寸,包括喷嘴喉部直径、混合室直径和混合室长度等存在优化匹配的关系,存在一个最佳组合使得引射比最大。在蒸发温度为-1℃、冷凝温度为55℃的工况下,喷嘴喉部直径与混合室直径组合为dcr=1.4mm、D3=1 3mm引射器的引射比较高,这与实验结果相吻合。对尺寸组合为dcr=1.4mm、D3=13mm和dcr=2.0mm、D3=16mm的引射器,混合室长度为8倍混合室直径时引射比最大。(2)对引射器的变工况性能模拟结果显示:对几何尺寸一定的引射器,在其他工况不变的条件下,引射比随引射器出口背压的增大而降低,随蒸发器出口过热度升高变化不大,随着冷凝器出口过冷度的升高呈现先降后增的趋势。(3)对于喷嘴喉部直径为2.0mm、混合室直径为16mm的引射器,在冷凝温度为55℃条件下,引射比在蒸发温度为3℃时达到最大值;在固定蒸发温度为-1℃条件下,引射比在冷凝温度为50℃时达到最大值,实验和模拟结果一致。(4)比较R134a两相流引射制冷系统与传统制冷系统的性能,冷凝温度为55℃、蒸发温度为7℃时,使用喷嘴喉部直径为1.7mm、混合室直径为13mm引射器的两相流引射制冷系统的COP较传统制冷系统提高大约20%,其它工况下引射制冷的COP都低于传统制冷系统COP,这主要是由于引射制冷循环中制冷剂循环量较少所致。
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