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CO2可调式引射器数值模拟及实验研究

作　者: 李广甫
导　师: 郭宪民
学　校: 天津商业大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: 跨临界 喷嘴 可调引射器 二氧化碳
分类号: TB657
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


引射器几何结构简单，成本低，并且无运动部件，用引射器代替节流阀来回收一部分膨胀过程中的压力势能，从而提高了压缩机的吸气压力，减小压缩机的输入功，提高了制冷系统的COP。本文改造了跨临界CO2引射制冷实验系统，在前期对固定喉部直径式引射器性能理论和实验研究的基础上开发出可调式引射器来控制喷嘴喉部通流面积。通过CFD数值模拟，分析可调式引射器的变几何参数和变工况特性，并对跨临界CO2可调式引射制冷系统进行实验研究，这对提高传统制冷系统具有重要意义。本文对有无回热器的传统CO2两相流制冷系统进行了实验研究，并在相同工况条件下与原传统实验系统进行对比，实验结果表明：改造后的实验台大幅提高了系统性能，对于无回热的跨临界CO2传统制冷系统，其系统COP和制冷量最大可分别提高28.15％和31.38％；对于有回热的跨临界CO2传统制冷系统，其系统COP和制冷量最大可分别提高27.01％和24.95％。本文对有无回热器的跨临界CO2可调式引射制冷系统进行实验研究，分析了气体冷却器出口温度和压力等参数对系统COP和制冷量的影响。实验结果表明：可调式引射制冷系统的COP和制冷量随着气体冷却器压力升高而增大，随着气体冷却器出口温度升高而降低。在相同的工况条件下，当喷嘴喉部直径约为1.7mm时，引射制冷系统的COP和制冷量较高。对有无回热器的可调式引射制冷系统实验分析，实验结果表明：在相同的工况条件下，使用回热器的引射制冷系统的COP和制冷量高于无回热器引射制冷系统的，其中系统COP和制冷量最大可分别提高10.33%和8.32%。将可调式引射制冷系统与传统制冷系统进行比较，结果表明：在相同的工况条件下，引射制冷系统的COP和制冷量比传统制冷系统最大可分别提高7.08%和8.24%.对跨临界CO2可调式引射制冷系统中引射器的内部流动进行CFD数值模拟，分析几何参数和工况条件等因素对引射器性能的影响。随着引射器的一次流入口压力升高，引射器内产生激波的位置逐渐接近喷嘴出口处，激波强度则减弱，而引射器的引射比则增大。在定工况条件下，模拟结果显示：喷嘴喉部直径对引射器性能影响较大，引射比随着喷嘴喉部直径的减小而增大。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 课题研究的背景及意义  9-10
  1.2 引射器的研究  10-16
    1.2.1 引射器的应用介绍  10-11
    1.2.2 引射器理论和实验研究进展  11-12
    1.2.3 引射器的 CFD 模拟研究进展  12-13
    1.2.4 引射器在蒸汽压缩引射制冷系统的应用研究  13-16
  1.3 课题主要工作和研究内容  16-17
第二章 可调式引射器设计及跨临界 CO_2引射制冷系统  17-26
  2.1 可调式引射器结构和工作原理  17-18
  2.2 可调式引射器的结构设计模型  18-23
    2.2.1 可调式引射器喷嘴的几何设计  19-21
    2.2.2 可调式引射器扩压器的几何设计  21-22
    2.2.3 设计计算结果  22-23
  2.3 跨临界 CO_2引射制冷系统原理  23-24
  2.4 跨临界 CO_2引射制冷系统热力学分析  24-25
  2.5 本章小结  25-26
第三章 引射器 CFD 数值模拟  26-38
  3.1 引射器物理模型的建立  26-27
  3.2 引射器模型的六面体结构化网格划分  27-28
  3.3 引射器模拟物理条件的设定  28-29
  3.4 引射器模拟结果分析  29-37
    3.4.1 引射器内部流动分析  29-32
    3.4.2 喷嘴喉部直径对引射器性能的影响  32-35
    3.4.3 一次流入口压力对引射器性能的影响  35-36
    3.4.4 一次流入口温度对引射器性能的影响  36-37
  3.5 本章小结  37-38
第四章 跨临界 CO_2可调式引射制冷系统实验研究  38-56
  4.1 系统实验装置介绍  38-49
    4.1.1 跨临界 CO_2引射制冷系统改造前后对比  39-41
    4.1.2 跨临界 CO_2可调式引射制冷系统的主要设备  41-44
    4.1.3 系统管路设计计算  44-45
    4.1.4 蒸发器设计校核  45-47
    4.1.5 系统的安装与调试  47-49
  4.2 水系统介绍  49-50
  4.3 数据测控系统  50-52
  4.4 实验步骤  52-53
  4.5 实验工况  53-54
  4.6 数据处理  54
  4.7 本章小结  54-56
第五章 实验结果分析  56-64
  5.1 改造前后跨临界 CO_2传统循环系统的性能对比  56-57
  5.2 气体冷却器出口温度对可调式引射制冷系统性能的影响  57-58
  5.3 气体冷却器压力对可调式引射制冷系统性能的影响  58-59
  5.4 喷嘴喉部直径对可调式引射制冷系统性能的影响  59-60
  5.5 有回热器和无回热器对可调式引射制冷系统性能的影响  60-61
  5.6 可调式引射制冷系统与传统制冷系统的性能对比  61-62
  5.7 引射实验结果与模拟结果对比  62-63
  5.8 本章小结  63-64
第六章 总结与展望  64-66
  6.1 结论  64
  6.2 今后的工作方向  64-66
参考文献  66-69
发表论文及参加科研情况说明  69-70
附录  70-72
致谢  72-73

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 制冷工程 > 制冷机械和设备 > 制冷设备
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