基于两相喷射器增压的空气源热泵系统性能研究

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目前,节能减排受到了国家和科研工作者的重视,热泵领域中利用喷射器代替节流阀是一种新的节能办法。在传统的压缩式热泵循环中引入结构简单的喷射器,可以使系统的节流损失变少,提升压缩机入口压力,从而减少压缩机的功耗,节约了电能。本文建立了基于两相喷射器增压的空气源热泵系统的热力学分析模型,并对模型进行了验证,研究了不同喷射器结构参数、运行工况、制冷剂(R134a、R1234yf、R1234ze、R152a、R143a)情况下系统性能的变化规律与特性。基于对喷射器中流体的流动过程的分析,应用质量、动量和能量守恒对两相喷射器建立了的热力学分析模型。该模型中结合了喷射器的喉部面积比、喷嘴喉部尺寸和喷嘴出口尺寸,并在喷嘴喉部声速计算中引入了经实验验证后的声速计算模型,使模型的分析结果更加准确。对比拉法尔喷嘴和渐缩型喷嘴性能发现,单蒸发器空气源热泵系统采用拉法尔喷嘴性能更优。对喷射器的结构参数的研究发现:给定工况下,对于两相喷射器增压的单蒸发器热泵系统,喉部面积比和喷嘴出口尺寸均存在某一值使得系统的性能达最大值,即:该工况下,喷射器存在最佳喷嘴出口尺寸和最佳喉部面积比;喷射器的最佳喷嘴出口直径随着冷凝温度的升高而增大,随着蒸发温度的升高而减小;系统使用不同制冷剂时,喷射器对应的最佳喷嘴出口尺寸和最佳喉部面积比不同。对单蒸发器系统性能研究表明:升压比(压缩机入口压力和蒸发器出口压力的比值)、性能系数提高率(单蒸发系统相对于传统压缩系统性能系数的提高率)随着冷凝温度的升高而升高,而喷射系数、性能系数随着冷凝温度的升高而降低;性能系数、性能系数提高率均随着喷嘴等熵效率、吸入室等熵效率、扩压室等熵效率的升高而升高;对比五种制冷剂在单蒸发器两相喷射器增压的热泵系统中的性能,发现采用R152a为制冷剂时,制热量和喷射系数高于其他四种。对双蒸发器系统性能研究发现:两相喷射器增压的双蒸发器热泵系统的喷射系数随着蒸发温度的升高而升高,而性能系数和性能系数提高率(双蒸发系统相对于传统压缩系统性能系数的提高率)随着冷凝温度的升高而降低;分析五种不同制冷剂的性能可得,工质R143a的喷射系数均高于其他制冷剂,工质R152a的性能系数高于其它制冷剂。对比单、双蒸发器两相喷射器增压的热泵系统可以发现,两系统的最优制冷剂均为R152a,单蒸发器热泵系统的性能系数大于双蒸发器系统,而双蒸发器系统的制热量大于单蒸发器系统,因此,用户需要保证性能的情况时,优先选择单蒸发器系统;需要保证制热量的情况时,优先选择双蒸发器热泵系统。
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