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喷射器对水蒸汽喷射制冷系统性能的影响分析

作　者: 宋力钊
导　师: 刘圣春
学　校: 天津商业大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: 喷射器水蒸汽喷射制冷数值模拟喷射系数 COP
分类号: TB657
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着全球能耗的增加和环境问题的日益加剧，节约能源和环境保护成为制冷空调行业的研究热点。喷射式制冷系统以其可充分利用低品位能源、结构简单、成本低等优点，受到越来越多研究者的关注。本文通过理论与实验相结合的方法，重点对喷射器性能以及水蒸汽喷射制冷系统开展了研究。喷射器是喷射制冷系统的核心，蒸汽喷射器的性能对水蒸汽喷射制冷系统的性能有着决定性影响。针对蒸汽喷射器内部流场的复杂性，借助CFD软件FLUENT对不同几何尺寸的喷射器内部流动进行了数值模拟，为喷射器的优化设计提供了理论依据。本文采用一维定压设计理论，对蒸汽喷射器的基本尺寸进行了设计计算。建立了三维蒸汽喷射器CFD模型，并分析了蒸汽喷射器内部压力场云图、速度场云图和温度场云图的变化规律。喷射器数值模拟表明：工作蒸汽在喷嘴出口截面产生了激波，造成喷嘴出口速度突然下降，喷嘴出口压力、温度跃升。蒸汽喷射器的工作参数相同时，模型研究了工作喷嘴喉部直径、等截面混合室直径及等截面混合室长度等几何参数对喷射器性能的影响。数值模拟结果表明：发生温度为150℃、蒸发温度为4℃、冷凝温度为37℃时，喷嘴喉部直径为10mm、混合室直径为40mm、混合室长度为120mm的蒸汽喷射器的性能最优，喷射器的喷射系数为0.6597。对于确定尺寸的蒸汽喷射器，模型研究了发生温度、蒸发温度、冷凝温度等工作参数对喷射器性能的影响。数值模拟结果表明：喷射系数随着发生温度的升高呈先增大后减小的趋势，发生温度为160℃时，喷射器的性能最优；喷射系数随蒸发温度的升高而增大，随冷凝温度的升高而减小。以自然工质水为制冷剂，搭建水蒸汽喷射制冷系统实验台，并对该系统进行了实验研究。实验主要研究了发生温度、蒸发温度、冷凝温度等对系统COP和喷射系数的影响；并将实验结果与数值模拟结果进行了比较，得出：实验结果与数值模拟结果的变化趋势基本吻合。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-18
  1.1 研究背景  9-10
    1.1.1 能源概况  9
    1.1.2 环境问题  9-10
  1.2 国内外研究与发展概况  10-16
    1.2.1 喷射器的研究进展  10-13
    1.2.2 蒸汽喷射制冷循环的概况  13-16
  1.3 本文研究的目的及意义  16-17
  1.4 本文的主要工作  17
  1.5 本章小结  17-18
第二章水蒸汽喷射制冷系统及喷射器的理论分析  18-28
  2.1 水蒸汽喷射制冷系统的工作原理  18-19
  2.2 水蒸汽喷射制冷系统的热力分析  19-21
  2.3 蒸汽喷射器的基本理论  21-27
    2.3.1 蒸汽喷射器的工作原理及特点  21-23
    2.3.2 蒸汽喷射器的性能指标  23
    2.3.3 蒸汽喷射器的设计计算  23-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章蒸汽喷射器性能的数值模拟分析  28-50
  3.1 FLUENT 模拟软件介绍  29
  3.2 蒸汽喷射器数值模拟计算  29-34
    3.2.1 模型控制方程  29-31
    3.2.2 模型建立  31-32
    3.2.3 网格划分  32-33
    3.2.4 边界条件设定  33-34
    3.2.5 流体物性选择  34
    3.2.6 流场初始化  34
  3.3 模拟结果及分析  34-48
    3.3.1 喷射器内部流场分析  34-38
    3.3.2 几何参数对喷射器性能的影响  38-43
    3.3.3 工作参数对喷射器性能的影响  43-48
  3.4 本章小结  48-50
第四章水蒸汽喷射制冷系统实验台的搭建  50-58
  4.1 实验台简介  50-54
    4.1.1 电蒸汽锅炉的选型  50-51
    4.1.2 喷射器的设计参数  51-52
    4.1.3 蒸发器的选型  52
    4.1.4 冷凝器的选型  52-53
    4.1.5 节流机构的选型  53
    4.1.6 数据采集器的选型  53-54
    4.1.7 冷却塔的选型  54
    4.1.8 其他设备的选型  54
  4.2 实验过程  54-55
  4.3 实验数据处理  55-56
    4.3.1 系统制冷量的计算  55
    4.3.2 电蒸汽锅炉的换热量计算  55
    4.3.3 系统 COP 的计算  55-56
    4.3.4 喷射器的喷射系数  56
  4.4 实验误差分析  56-57
    4.4.1 温度误差分析  56
    4.4.2 压力误差分析  56-57
    4.4.3 流量误差分析  57
  4.5 本章小结  57-58
第五章实验结果与分析  58-62
  5.1 实验结果分析  58-60
    5.1.1 发生温度对制冷系统的影响  58-59
    5.1.2 蒸发温度对制冷系统的影响  59
    5.1.3 冷凝温度对制冷系统的影响  59-60
  5.2 实验结果与模拟结果的比较分析  60-61
  5.3 本章小结  61-62
第六章结论与展望  62-64
  6.1 结论  62-63
  6.2 展望  63-64
参考文献  64-68
发表论文及参加科研情况说明  68-69
致谢  69-70

喷射器对水蒸汽喷射制冷系统性能的影响分析

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