太阳能喷射压缩二级制冷系统的用分析

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1、太阳能喷射-压缩二级制冷系统的火用分析太原理工大学环境科学与工程学院田琦杨凡摘要：火用分析是优化热力系统性能的一种有效工具。本文推导了太阳能喷射-压缩二级制冷系统各部件火用损失计算公式，分析了影响系统火用损失的主要部件及因素。结果表明，太阳能喷射-压缩二级制冷系统各装置中，集热器火用损失最大，其次是冷凝器和喷射器。在文中典型工况下，三者占系统总火用损失的73.28%。在系统制冷量、集热温度、蒸发温度和冷凝温度不变时，随着中间冷却器蒸发温度的升高，系统火用损失逐渐减少。关键词：太阳能；喷射；压缩；制冷；火用分析图1太阳能喷射-压缩二级制冷系统太阳能喷

2、射式制冷可有效节约常规能源，但其性能系数较低，集热器面积较大。为了提高系统总的性能系数，减少了集热器面积，文献[1]-[3]对喷射与压缩相结合的制冷方式进行了探讨。本文研究的太阳能喷射-压缩二级制冷系统即为喷射与压缩相结合进行制冷的系统形式之一，该方式可较好的改善太阳能喷射式制冷系统的技术经济性[4]。为了了解系统各部件的内部不可逆损失，优化系统性能，本文将推导太阳能喷射-压缩二级制冷系统各部件火用损失计算公式，分析影响系统火用损失的主要部件及因素，探讨中间冷却器蒸发温度对系统火用损失的影响规律。1.太阳能太阳能喷射-压缩二级制冷系统太阳能喷射-压

3、缩二级制冷系统如图1所示。系统由太阳能集热子系统、喷射制冷子系统和压缩制冷子系统组成。制冷循环的主要部件是发生器、喷射器、冷凝器、蒸发器、膨胀阀和泵。集热器吸收太阳能、生产热水供制冷系统发生器使用。发生器产生的高温、高压制冷剂蒸气通过渐缩渐扩喷嘴使喷射器最窄断面压力降低，产生抽吸作用，将蒸发器中的低温蒸气吸入喷射器中。低温蒸气与发生器的高温蒸气混合后，混合蒸气成为瞬态超音速蒸气，混合流体的流速必须足够高，以便在扩散器中速度衰减后，蒸气压力能增大到适当的冷凝压力。混合蒸气从喷射器中出来后，进入冷凝器，热被排入环境。从冷凝器出来后，一部分流体被泵入发生

4、器，余者通过膨胀阀降为蒸发压力，进入蒸发器，完成制冷循环。2.火用损失对于流动的工质而言，火用是指从某一状态出发，经过一系列可逆过程达到与环境平衡时，工质所能完成的最大可用功[2]。如果取环境温度To为基准温度，则单位质量的工质火用可用式（1）计算。（1）式中，ε代表单位质量的工质火用，h代表焓，s代表熵，T代表温度，下标o代表基准态。热量火用则是指热量的最大可用能，即热量通过最理想的情况可能转化成有用功的部分。可用式（2）计算。（2）式中，q代表热量，下标h代表热源，下标q代表热量。对某装置（或系统）建立控制体火用平衡方程，则可以得到该装置（或系

5、统）的火用损失计算式[3]。（3）式中，E代表火用，m代表质量流量，W代表控制体所作的功，Q代表控制体从热源获取的热量，下标d代表损失，下标i代表进口，下标e代表出口。3.太阳能喷射-压缩二级制冷系统各部件火用损失计算3.1集热子系统火用损失计算集热子系统主要由太阳能集热器、发生器和泵组成。集热器的输入火用包括太阳辐射火用和集热器入口工质火用；输出火用为集热器出口工质火用。根据公式（3）、结合图1可得集热器的火用损失为：（4）式中，下标dsc代表集热器损失，下标sc代表集热器，下标sr代表太阳辐射。进口温度、压力一定时，集热器入口工质火用可由公式（

6、1）计算。工质在集热器中的集热过程阻力损失较小，可近似认为等压过程。因此，确定了集热器工质的出口温度（或出口焓）即可由公式（1）计算出口火用。根据集热器的热平衡，可以得到集热器工质的出口焓计算式：（5）式中，下标u代表集热器输出的有用能，其计算公式为：（6）式中，A代表面积，F代表因子，G代表太阳辐照度，τ代表集热器盖板透过率，α代表集热器吸热板太阳辐射吸收率，U代表集热器热损系数，下标L代表负荷，下标R代表热转移，下标a为环境空气。集热器工质的出口熵则可由下式确定：（7）其值可利用Nist程序计算。发生器的输入火用包括集热子系统侧集热工质入口火用

7、和喷射制冷子系统侧制冷剂入口火用，输出火用包括集热子系统侧集热工质出口火用和喷射制冷子系统侧制冷剂出口火用。根据公式（3）、结合图1可得发生器的火用损失为：（8）式中，下标g代表发生器。根据公式（1）计算公式（9）中各火用值，则有：（9）忽略发生器热损失时，可以认为发生器集热子系统侧放热量与喷射制冷子系统侧得热量相等，即：（10）所以，发生器的火用损失为：（11）水泵的输入火用为水泵入口侧集热工质入口火用和水泵输入功率，输出火用为水泵出口侧集热工质出口火用。根据公式（3）、（1）、结合图1可得水泵的火用损失为：（12）式中，下标p代表水泵。3.2喷

8、射制冷子系统火用损失计算喷射制冷子系统主要由发生器、喷射器、冷凝器、工质泵、膨胀阀1和中间冷却器组成。发生器的火用损失计算