太阳能喷射式制冷系统中蒸汽喷射器性能的数值模拟.pdf

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摘要随着经济的发展，人类对能源的需求越来越大，加上开发消耗常规能源带来的一系列环境问题，使得新能源开发利用受到越来越大的关注。其中，太阳能因其资源丰富、无需运输、对环境无任何污染等优势成为了各行业开发利用的重点。太阳能喷射式制冷具有优于其他制冷方式的特点，该系统操作简单，几乎无运动部件，运行稳定，使用寿命长。所以，本文针对太阳能喷射式制冷系统展开研究，以制冷系统中常用的制冷剂为工质，分析了该系统的整体性能，并对其中的喷射器进行了三维数值模拟。本文首先从太阳能喷射式制冷系统性能、蒸汽喷射器的二维与三维数值模拟等方面综述了其在国内外的发展与研究现状，提出了本文研究的主要内容；然后理论上分析了该系统的性能随制冷剂种类、工作参数的变化趋势；接着根据索科洛夫阐述的蒸汽喷射器设计的原理和方法，对喷射器进行了结构设计，并利用FLUENT软件进行三维数值计算。结果表明：喷射器的喷射系数随着工作流体和引射流体的压力升高而增大，随着出口压力的升高而减小；而且随着工作流体压力的升高，喷射系数的增大趋势逐渐减弱；引射流体过低或混合流体出口压力过高时，工作流体都不iiii射被引射流体，即喷射器不能工作；喷嘴扩张角在8"---'160变化时喷射系数比较理想；喷嘴的收缩角在30～400范围内变化时喷射系数较好；喷射器的喉部截面积比对喷射系数影响很大，该值过低时喷射器不能工作，过大时喷射系数迅速降低；流线型结构可以提高喷射器性能，它的弯曲程度对喷射器性能影响很小；喷嘴出口带导流段有助于喷射器性能的提高。关键词：太阳能利用，喷射式制冷，数值模拟，喷射系数 AbstractWiththedevelopmentofeconomic，humandemandforenergyisgrowing，andconventionalenergyconsumptioniscausingseriesofenvironmentalproblems，SOnewenergydevelopmentandutilizationisunderincreasingattention．Therefore，solarenergybecomesthefocusoftheindustries’developmentandutilizationbecauseofitsabundantresources，notransportation，noenvironmentalpollution．Thesolarejectorrefrigerationissuperiortootherrefrigerationmethods，thesystemissimple，almostnomovingpaas，stableoperation，andlongservicelife．Therefore，thispaperisfocusonsolarejectorcoolingsystem，avarietyofrefrigerantscommonlyusedincoolingsystemasworkingfluid，theoverallperformanceofthesystemisanalyzed，andthree—dimensionalnumericalsimulationisusedontheejector．Firstly，thesolarejectorrefrigerationsystemperformance，two—dimensionalandthree-dimensionalnumericalsimulationofsteamejectorarereviewedinaspectsoftheirdevelopmentandresearchstatusathomeandabroad，andthemaincontentsofthispaperispresented；Thenthepaperfocusesonchangingtrendofthesystemperformancewithrefrigeranttype，operatingparameters；ThenaccordingtotheprinciplesandmethodsofsteamejectordesigndescribedbySokolov，thestructuraldesignoftheejectoriscarriedout，andthree—dimensionalnumericalsimulationusingFLUENTsoftwareiscarriedout．Theresultsare"Thecoefficientoftheejectorincreaseswiththeincreaseofthepressureoftheworkingfluidandinjectingfluid，decreaseswiththeincreaseoftheoutletpressure；Andwiththeincreaseofthepressureofworkingfluid，theinjectioncoefficientincreasingtrendisgraduallyweakened；Whentheinjectingfluidpressureistoolowormixingfluidoutletpressureistoohigh，theworkingfluidcannotcitejetinjectingfluid，thatis，theejectorcannotwork；Theinjectioncoefficientismoreidealwhennozzleexpansionanglechangeswithintherangeof8～16。；TheinjectioncoefficientisbeRerwhennozzlecontractionanglechangeswithintherangeof30～400；Thesectionalarearatiooftheejectorthroathasasignificantimpactontheinjectioncoefficient．Theejectordoesnotworkwhenthevalueistoolow，theinjectioncoefficientisrapidlyreducedwhenitistoolarge；Thestreamlinestructurecanimprovetheejectorperformance，butitsbendingdegreehaslittleimpactontheejectorperformance；nozzleoutletwiththeinjectorcanhelpimprovingitsperformance．Keywords：solarenergyutilization，injectionrefrigeration，numericalsimulation，injectioncoefficient 目录笳一章绪论．．⋯⋯⋯．．．．．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l1．1课题研究的背景与意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11．2喷射器数值模拟的研究进展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．21．2．1喷射器二维数值模拟研究进展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．21。2。2喷射器三维数值模拟研究进展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．31．3喷射式制冷系统研究进展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯41．3．1喷射式制冷系统综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．41．3．2喷射式制冷系统中制冷剂的研究⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．41．3．3新型喷射式制冷系统的理论和实验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯41．4本文研究的主要内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6第二章太阳能喷射式制冷系统的性能分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72．1太阳能喷射式制冷系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．72．2太阳能喷射式制冷系统的能量守恒⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。72．3太阳能喷射式制冷系统的性能分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．82．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11第三章蒸汽喷射器的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．133．1喷射器基本工作原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯133．2喷射器的设计方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．133．3喷射器的结构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．143．3．1工作喷嘴的尺寸设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯153，3．2扩压段尺寸设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．163．3．3混合室尺寸设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯173．3．4喷嘴出口到扩压管入口距离的计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯173．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18第四章蒸汽喷射器的三维数值模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2l4．1计算流体力学简述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2l4．2三维湍流模型的比较⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．214．2。1直接数值模拟(DNS)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯224．2．2大涡模拟方法(LES)⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．224．2．3雷诺平均法(I洲S)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯234．3建模与求解⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯274．4喷射器数值模拟结果分析．．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．284．4．1喷射器内压力场分布⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯294．4．2喷射器内温度场分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯32 4．4．3喷射器内速度场分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．344．4．4工作参数对喷射器性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．354．4．5结构参数对喷射器性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．364．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯．45第五章结论与展望⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．475．1总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．475．2展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．48参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯49攻读学位期间的研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．53致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．55学位论文独创性声明⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．54学位论文知识产权权属声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．54 第一章绪论1．1课题研究的背景与意义随着经济的发展，人类对能源的需求越来越大。而常规能源n3的储藏是有限的，而且开发消耗常规能源带来的一系列环境问题盥1，如温室效应、酸雨、光化学烟雾等，对人类和其他生物的生存构成了严重的威胁，甚至使人类的生态平衡受到破坏。所以对新能源特别是太阳能的开发利用受到越来越大的关注。太阳能是目前已知的最原始的能源，资源丰富，无需运输，对环境无任何污染，地球上大部分的能量都直接或间接地来源于太阳能b1。对太阳能的利用有光热转换、光电转换、光化学转换等途径，根据不同的能量转换方式，太阳能驱动制冷主要有以下两种方式，一是先实现光一电转换，再以电力制冷；二是进行光—熟转换，再以热能制冷。光一热转换实现制冷主要从以下几个方向进行，即太阳能吸收式制冷、太阳能吸附式制冷、太阳能除湿制冷、太阳能蒸汽压缩式制冷和太阳能蒸汽喷射式制冷。其中太阳能吸收式制冷已经进入了应用阶段，而太阳能吸附式制冷还处在试验研究阶段“刊。在各种太阳能制冷方式中，对太阳能吸收式制冷系统研究相对成熟，但是，其系统设计和维护很复杂。而且，该系统的初期投资大，运行后期问题比较多，这些问题都限制了吸收式制冷方式的进一步发展。相反，太阳能喷射式制冷方式随着太阳能的开发利用和制冷技术的发展正逐步受到人们的重视。喷射器不直接消耗机械能就可以提高流体的压力，所以它比采用机械的增压设备(压缩机、泵、引风机等)简单可靠；它与其它设备连接方便，系统简单，喷射器的制造也不复杂。基于以上原因，喷射器在国内外的动力、冶金、石油化工、轻工纺织、制冷、建筑、工农业等各个技术领域得到了越来越广泛的应用口1。和其它制冷方式相比，太阳能喷射式制冷由于自身的优势，使它成为太阳能利用和制冷方面的一个重要领域。(1)该系统结构简单，除了增压泵无运动部件，所以系统使用寿命长，运行稳定可靠，易于操作。(2)使用太阳能作为热源，对于节约能源和保护环境都有重要意义。(3)系统消耗电能少，同时对驱动热源品位要求低。(4)为了提高系统的效率，可以将它与其它类型的制冷系统相结合，或者采用双喷射式制冷而不会太大的增加系统的复杂程度。太阳能喷射式制冷系统也存在一定的缺陷，最主要的就是热源的不稳定性，存在地域性和时间．}二的限制；喷射器是该系统的核心，喷射器的好坏直接决定该系统的性能，所以对喷射器的内部流动的研究显得尤为重要。 青岛大学硕士学位论文1．2喷射器数值模拟的研究进展喷射器及其超音速喷嘴内不的流场十分复杂，其中包括激波、粘性干扰、分离漩涡、撞击等物理特性的多维湍流流动。关于喷射器的数值模拟是从90年代以来发展起来的研究方法，通过数值分析，对喷射器内的工作过程进行详尽分析，对其整体性能进行计算创新。目前的喷射器流场的模拟模型多维二维或三维的简化模型，忽略了很多影响流场的实际不可逆因素，循环工质的性质偏离实际气体，导致模拟结果存在一定的偏差或失真。1．2．1喷射器二维数值模拟研究进展PianthongK等人【8】通过cFD对喷射制冷系统中喷射器的流体特征进行了数值模拟，揭示了操作条件对喷射器的有效区域的影响，并且发现流体的流动形态并不取决于吸入区。该研究有助于了解喷射器的特性以及设计出最佳工况下的喷射器。张博、沈胜强、李海军等人【9】采用二维轴对称流动模型，计算分析了吸入通道内回流现象、喷射器“恒能力”现象与静压力在轴线上分布情况之间的关系；探讨了工作压力对喷射器性能的影响。结果表明：持续降低出口压力会在混合室内形成激波，喷射系数保持不变；工作压力过高会在混合室内产生壅塞，反而降低喷射系数；吸入压力过低会在喷射器吸入通道内产生回流现象，影响喷射式制冷系统运行的安全性。李海军、沈胜强等人【10】通过求解二维N．一S方程，对以水蒸气为工质的喷射器内复杂的流场进行数值模拟。分析比较了四种不同的湍流模型，Chen--Kim修正的k．e模型用于数值模拟，分析了工作参数及喷射器结构对喷射器内部的流场及出口激波的形成的影响，得出了喷射器设计的优化方案。SzabolcsVarga，ArmandoC．Oliveira等人【11】对具有可变的几何形状主喷嘴的5kW蒸汽喷射器CFD模拟，并将其结果和实验结果进行了比较。可变几何形状的喷嘴是通过在主喷嘴的入口安装一个可移动的心轴来实现。操作条件是在一定范围内变化的，来适应由真空管太阳能集热器提供热能的空调机。CFD模型是基于轴对称的喷射器模型，使用水作为工作流体。结果发现，可以通过调整主轴成功实现一次流的改变。CFD$[I实验的主流速存在7．7％的平均相对误差。CFD模拟结果显示二次流率和喷射系数都具有良好的精度。YinhaiZhu，WenjianCai等人【12】用计算流体动力学(CFD)技术来研究喷射2 第一章绪论器两个重要的几何参数(主喷嘴出口位置(NXP)和混合段收缩角0)对其性能影响。文中创建了95个不同几何形状的喷射器，并根据不同的工作条件进行数值模拟。从210个模拟结果可以发现：最佳NXP不仅正比于混合部分的喉部直径，而且随着主流压力的上升而增加。另一方面，喷射器性能随着收缩角0的变化非常敏感，特别是接近最佳的工作状态的时候。通过改变收缩角0喷射系数可以提高26．6％。当一次流压力上升时，为了最大限度地提高喷射器性能需要更大的改变0。很多学者从喷射器的操作条件、模拟条件、喷嘴位置、主要几何尺寸以及结构等方面对喷射器的影响进行了分析，但是喷射器模型都相对简化，对模拟中流体的物性也进行了很多假设，有的甚至采用不可压缩流体模型，所以很多学者采用更接近实际的三维模拟对其进行研究，而且流体的状态更接近实际流体性质。1．2．2喷射器三维数值模拟研究进展龙新平、程茜等人【13】应用Fluent软件对射流泵内部流动进行了三维数值计算，分析了喉嘴距这一重要结构参数对射流泵性能的影响。计算了2种不同面积比的射流泵在不同喉嘴距下的性能参数，并对其效率曲线进行了比较。结果表明，喉嘴距为一倍喷嘴直径时，射流泵效率最高，以最高效率下降4％为标准，确定了射流泵最优喉嘴距范围为0．5～1．5倍的喷嘴直径。常洪军和李忠划14J应用FLUENT6．1软件对液体射流泵三维流场进行了计算分析。在前处理软件GAMBIT2．1．6中将泵内研究的流场划分为71153个计算单元。计算中采用Realizablek．￡双方程模型，边界条件采用压力进口和压力出口，模拟结果显示：射流泵内部有涡流和回流的现象。Riffat等人ll5】应用FLUENT软件模拟分析了喷射器内的流场，为了研究吸入部分的流场分布，他们采用了三维模型进行计算，当工作流体采用可压缩模型时计算结果无法收敛，故他们假设工作流体无相变而且不可压缩对其进行了模拟。K．Pianthong、W．Seehanam等人【l6J用CFD模拟对喷射式制冷系统进行了研究和改进。喷射式制冷系统通常采用低品位能源来驱动循环。因为没有压缩机运行，该系统还具有较低的维护成本。主要来说，喷射器性能直接影响系统性能。所以，为了提高喷射式制冷系统的性能，喷射器的设计和喷射性能的研究是很重要的。在该研究中，计算流体动力学(CFD)用来模拟CPM和CMA蒸汽喷射器的流动现象和性能。在喷射器的制冷系统中，使用水作为工作流体，是在120～140℃下的锅炉温度和5-15℃下蒸发温度下操作。CFD模拟可以很好地预测喷射器性能，并且揭示操作条件对喷射器性能的影响。此外，模拟发现，二维轴对称模型和三维模型仿真结构是相似的。该研究有助于加深喷射器特性的认识，并为设计的喷射器能适应最佳工况提供一些参考。3 青岛大学硕士学位论文1．3喷射式制冷系统研究进展1．3．1喷射式制冷系统综述汤小亮等人【17】介绍了太阳能喷射式制冷的工作原理及系统构成，从制冷工质的选择、喷射器设计、系统运行、参数优化及新型太阳能喷射式制冷技术等多个方面，阐述了太阳能喷射式制冷的发展，并简要地分析了太阳能喷射式制冷技术的发展前景。J．M．Abdulateef等人【18】对太阳能喷射式制冷技术进行了总结，对喷射器的工作原理和背景给出了指导。他们对太阳能喷射制冷的历史和最新进展进行了综述和分类，太阳能喷射制冷技术不仅可以为有冷却需求的行业如空调、制冰、医疗和食品保鲜等服务，而且满足了节约能源和保护环境的需求。因此，很多的研究尚需要在这一领域展开，以取得喷射制冷技术在工业上的大规模应用和对传统的制冷机的取代。1．3．2喷射式制冷系统中制冷剂的研究Da．WbnSunll9】对采用各种制冷剂下的喷射制冷系统的性能进行了比较。传统的喷射制冷系统都用水作为制冷剂，系统的制冷性能系数(CoefficientofPerformance，简称COP)很低。文中研究了l1中制冷剂，包括水、卤化烃化合物(CFCs、HCFCs、HFCs)、循环有机化合物、共沸物等对喷射制冷系统性能的影响比较。结果显示：蒸汽喷射系统的COP很低；使用R152a作为制冷剂的系统的性能较好；使用不同的制冷剂的系统的的COP大小几乎和系统的操作条件没有关系。芦苇、陈洪杰、杨林等人【20】依据中低温空调温度的不同要求，分别以水、氨、R290和R600a为工质，设计了额定制冷量为10KW的风冷太阳能双级喷射制冷系统，并对该系统进行变工况性能分析。在获得相同制冷量和室内温度的条件下，以水为工质的系统最省材料，其次是以氨和I也90为工质的系统，且二者的材料消耗相当，以R600a为工质的系统最耗材。4种工质的系统均具有较强的变工况性能；综合考虑环境温度和太阳辐照度对系统的影响，各系统的制冷能力相当。水系统的COP较其他系统的高，并且在太阳辐照度较低时更明显；其余3个系统的COP从高到低依次为氨、R290、R600a；所以在太阳辐照度较弱地区，使用水为工质的太阳能喷射制冷系统更合理。1．3．3新型喷射式制冷系统的理论和实验研究张博、沈胜强等人㈨叙述了太阳能增压喷射式制冷系统的原理和工作过程，探4 第一章绪论讨了太阳能喷射式制冷系统研究的进展。通过计算研究了多种制冷剂对喷射器工作性能和整个系统制冷系数的影响，然后应用数学模拟的方法，分析了太阳能增压喷射式制冷系统在实际日照条件下的工作性能。研究结果表明，该系统能够满足利用太阳能提供实际需要的制冷量。JianlinYu等人【22】提出了一种增加有气液喷射泵的新型的喷射制冷系统(NERS)。喷射泵用来降低喷射器的背压，并且能提高喷射系数和该系统的性能系数。他们对新的系统进行了理论分析和仿真计算，对传统的喷射制冷系统和新型的系统之间的对比是在相同的操作条件下进行的。文章针对两种不同制冷剂R134a和R152a的系统的COP随发生器的温度和背压的变化进行了研究，结果表明：NERS的COP可以显著提高。从能量的角度看，新型系统具有更高的效率和灵活性。Aphornratanae[23J将喷射器安装在发生器与冷凝器之间，从蒸发器吸入部分蒸气，排到冷凝器中，对于发生器产生的每单位质量蒸气，在蒸发器中都可以有(1+Rm)(Rm为喷射器喷射系数)质量的制冷剂参与蒸发，从而使得混合系统性能系数比普通单效机高大约Rm倍。通过实验，他们发现该混合系统可以提高系统性能系数50％左右。在研究中他们也发现，这种混合系统的性能同样受出口压力的影响较大。当出口压力降到临界压力以下时，系统效率将与常规系统一样，此时，喷射器已经失去效果，更为关键的是要防止热流体逆流回蒸发器。张博、薛凤娟和赵明海【24】提出了用气一液喷射器代替机械泵，有效回收低品位余热能源的新型双喷射式制冷系统，该制冷循环本身不需要消耗电能。他们研究了气一液喷射器的运行特性，喷射系数随工作参数的变化关系。研究发现：在一定范围内，系统效率随工作压力的升高而升高，然后下降。最后分析了双喷射式制冷系统的性能系数与发生温度、冷凝温度的变化关系。模拟了不同余热温度条件下双喷射式制冷系统的运行性能，结果表明：采用制冷剂R123的制冷性能优于采用R134a的，前者的系统COP可达0．3。ClemensPollerberg等人【25】通过实验研究了太阳能蒸汽喷射式制冷系统的性能。实验研究了蒸发器和冷凝器的温度对系统效率的影响，当冷凝器温度恒定时，蒸发器温度从7"C增加到13℃时，系统的COP提高14％～56．7％；当蒸发器温度的变化为7～17。C时，系统的COP提高53％～132％。实验结果表明：系统的COP随着冷凝器温度的降低而增大，而冷凝器的温度是由冷却介质的温度和太阳能喷射制冷系统的操作条件控制的。陈洪杰、芦苇等人【26】对额定制冷量为8．3kW的冷藏库用风冷太阳能双级水喷射制冷系统进行了变工况性能分析。该系统的制冷量随冷藏温度升高而增大，随环境温度升高而减小，随太阳辐照度增强而增大；制冷性能系数(COP)的变化规律与制冷量的变化规律相似，其差别在于：COP随太阳辐照度的增强先迅速增大，但当5 青岛大学硕士学位论文太阳辐照度增大N-1定程度后，COP基本保持不变。在正常使用条件下(冷藏温度不低于6℃，环境温度不高于38oc，太阳辐照度不f氐7：500W／m2)，该系统的制冷量为5．6～20kW，对应的COP为0．075"-"0．112。该系统能较好地与亚热带典型城市南宁的果蔬盛产季节的气候条件相匹配。1．4本文研究的主要内容喷射器是整个太阳能喷射式制冷系统中的核心部件，其设计的优劣直接影响系统的性能，所以很多国内外学者从不同角度对它进行了数值计算。本文针对适用于太阳能喷射式制冷系统工作条件下的喷射器进行设计，并采用三维模型进行数值模拟，详细模拟了不同工况和各种结构形式及尺寸下的喷射器的性能，分析其内部流动变化，寻找最优的喷射器尺寸和结构形式。具体分为以下几个方面：(1)通过调用NISREFPROPvsN冷剂的物性参数并运用MATLAB软件编写程序，分析不同工作温度和工作压力、不同制冷剂种类下的整个系统性能。(2)根据索科洛夫阐述的蒸汽喷射器设计的理论和方法，针对太阳能喷射式制冷系统进行了喷射器的结构设计。(3)在GAMBIT中对已设计的喷射器建立三维模型，利用FLUENT软件进行数值计算，在传统的喷射器结构上进行改进，模拟不同结构形式下喷射器的性能，通过分析喷射器内部的混合流动情况，寻找适合太阳能喷射式制冷系统的最佳的工作条件、喷射器尺寸和结构形式。(4)通过对模拟结果进行分析比较，从喷射器自身结构出发，寻找改善喷射器性能的措施。6 第二章太阳能喷射式制冷系统的性能分析2．1太阳能喷射式制冷系统图2．1所示是太阳能喷射式制冷系统原理图。该系统图包括两个子循环，一个是制冷剂的制冷循环，一个是为制冷循环提供能量的水循环。制冷剂在冷凝器中由蒸汽冷凝为液体，液体一分两路，一部分经节流作用进入蒸发器蒸发制冷，一部分经增压泵进入发生器，和经太阳能集热器加热之后的热水进行热量交换，变成高温高压的蒸汽进入喷射器，经过喷嘴的加速降压引射来自蒸发器的低温低压的蒸汽，两股流体经过混合、扩压形成中间压力的蒸汽进入冷凝器。在发生器中由于热量交换而变成低温的热水进入太阳能集热器，在能量子系统中循环。图2．1太阳能喷射式制冷系统原理图2．2太阳能喷射式制冷系统的能量守恒图2．2喷射式制冷压焓图7图2．3喷射式制冷焓熵图 青岛大学硕士学位论文图2．2是太阳能喷射式制冷系统的压焓图，图2．3是该系统的焓熵图。由图2．2和图2．3得到各个部件的负荷：蒸发器：QP=g。。(吃一hi)冷凝器：Q=g。。(也一魄)发生器：Qg=‰(吃一绣)泵所耗费的功率：W=qme(115一玩)引射器的喷射系数为：／t=q。。／g卅g喷射器在最佳工况下的喷射系数公式[27-28】：心忽弦料122邓，其中：y=％f=％系统的性能系数：COP=Q／(Qg+形)=∥(吃一啊)／(瞳一魄)2。(7)由于太阳能集热器中热水温度的影响，发生器中的发生温度不会太高。文中研究的太阳能喷射式制冷系统的制冷剂分别为R123、R134a、R236fa、R600a，设定的工况为：发生器中的发生温度75～90。C，蒸发器中蒸发温度5．～20。C，冷凝器中冷凝温度为25～40。C，发生器中的发生压力、蒸发器中的蒸发压力和冷凝器中的冷凝压力分别为各种制冷剂在对应温度下的饱和压力。2．3太阳能喷射式制冷系统的性能分析通过调用NISREFPROPV8可以获得制冷剂在各个状态下的物性，并运用MATLAB软件编写程序，得出不同制冷剂在不同工况下的制冷性能系数和喷射系数并绘制曲线图，即图2．4～2．9。图2．4～2．6分别代表不同制冷剂的喷射系数随蒸发温度、冷凝温度和发生温度的变化曲线。图2．7～2．9分别代表不同制冷剂的制冷性能系数随蒸发温度、冷凝温度和发生温度的变化曲线。8们诩仰㈣2二厶 第二章太阳能喷射式制冷系统的性能分析覆8覆70．鑫貔5壤塾4糕覆3覆20．10籁垛杂昏0拿10iii2i314蕊裳溢度lSl岳i7i8i拿20(℃)图2．4喷射系数随蒸发温度的变化0．450．40．350．30．250．20．15O．10．050覆4Sa毫镜3Sa3塾∞耋垃2。．15盆l0．。50．。固醪嘀拶一’I——◆一II￡。。B——I卜j}236faR：348E123话霸78刀∞8l霉2嚣s蓉l鬈5籀87豁黔拿。戋生溢囊(℃，图2．5喷射系数随发生温度的变化2829303l32333435363738冷凝温度(℃)图2．6不同制冷剂的喷射系数随冷凝温度的变化由图2．4、图2．5、图2．6分析可知：喷射系数随着蒸发温度和发生温度的升高而增大，随着冷凝温度的升高而减小；喷射系数随着蒸发温度的变化率较发生温度的大；在其它两个工作温度不变时，蒸发温度改变时，R123的喷射系数比其它制9 青岛大学硕士学位论文冷剂的大，发生温度和冷凝温度改变时，R134a的喷射系数比其它制冷剂的大，而且R134a的喷射系数和R600a的很接近。所以，在进行喷射式制冷的实验时，应该根据实验的温度条件选择不同的制冷剂，以改善系统的性能。研究发现，喷射器的自身结构对喷射器性能也有很大影响，所以本文将采用CFD对喷射器流场进行模拟分析，寻找优化喷射器性能的方法。乱了曩．￡0．三8镄0．《蠓罄薹乱3鞲巷．2g．1e。黛一7移。。。∥。，≯／—Hl豹趣——卜配36f3曼134a⋯*您23葚§如ll蜢蠕描强筠蟾搪ig蒜爱藏燮e℃)：滓毒一l—¨t∞。。一z2筠妇配：妇。R控s强行7嚣7拿∞嚣l暑2醛秘85隔瓣勰∞％发生逮麦e℃)图2．7系统性能系数随蒸发温度的变化图2．8系统性能系数随发生温度的变化图2．9不同制冷剂下的系统性能系数随冷凝温度的变化由图2．7～2．9可知：喷射式制冷系统的COP随着蒸发温度和发生温度的升高而增大，随着冷凝温度的升高而减小；COP随着蒸发温度和冷凝温度的变化率比发10“潍们!耋啦：耋叭㈣o～8簌嚼辇耋瀑蠖_拈_贴卫：2o帖o0m0mOm0m鲁u籁帐耀掣嚣峨 第二章太阳能喷射式制冷系统的性能分析生温度的大，所以在工程应用时应该更关注蒸发温度和冷凝温度的变化对系统性能的影响；在相同的操作条件下R134a的COP最大，R236fa的COP最小。有理论计算公式可知喷射器的喷射系数直接系统的制冷性能系数，故如何提高喷射器的性能一直是喷射式制冷系统研究的重点。通过对太阳能喷射式制冷系统的性能分析可知：在相同工况下，采用工质R600a和R134a的喷射器的喷射系数比较接近，而且高于其他常用制冷剂的；由于R134a的蒸发潜热比R600a大，所以系统采用工质R134a时性能系数较R600a大，但是，相同温度下R134a的饱和蒸汽压明显比R600a的大，对设备的承压能力要求高，特别是增压泵，前后压差很大，故在进行喷射式制冷的工程应用时选择这两种工质均有利有弊。2．4本章小结本章简要分析了太阳能喷射式制冷系统的工作原理，利用能量守恒对该系统进行了性能分析，通过调用NISREFPROPV8制冷剂的物性参数并运用MATLAB编程，计算了不同制冷剂的不同工况的喷射系数和系统性能系数，对系统系能随工况的变化有了整体了解。 青岛大学硕士学位论文12 第三章蒸汽喷射器的设计3．1喷射器基本工作原理工作流体扩压器f銎喷射器的结构如图3。1所示，主要结构包括：喷嘴、吸入室、混合室和扩压室。喷射器中压力较高的流体叫工作流体，被引射的较低压力的流体叫引射流体。两股流体混合成中间压力的流体流出。喷射器的工作原理：首先，从发生器出来的高温高压的工作流体进入到喷嘴中加速，在喷嘴中工作流体的压力逐渐降低，速度不断升高，在喷嘴出口达到很高的流速，引射从蒸发器出来的低温低压的引射流体，二者在混合室中不断混合，工作流体的动能一部分传递给引射流体。在沿着喷射器流动的过程中，混合流体的速度和压力逐渐趋于一致，在喷射器出口达到相同速度与压力流出。混合流体从混合室出来后进入扩压器内，混合流体的一部分动能转化为势能，使混合流体的压力升高，在喷射器出口处混合流体的压力高于进入吸入室的引射流体的压力，从而达到提升压力的目的，这就是增压喷射器的工作原理。由上述工作过程可以看到，喷射器的升压过程是完全不消耗任何机械能的。它的能量转换过程为：在喷嘴内，工作流体将势能转化为动能，在与引射流体混合时，又将一部分动能传递给引射流体，直N-者达到相同的动、势能，随后混合流体又将一部分动能转化为势能，来提高自身压力。在喷射器内两股不同速度的流体因为混合而发生的撞击损失是喷射器的主要能量损失，如何减少这部分的能量损失从而提高喷射器的性能是喷射器数值模拟的主要目的。3．2喷射器的设计方法目前主要有三种设计喷射器的方法，分别是经验系数法、经典热力学方法和气体动力学函数法。经验系数法是主要借助经验图表和经验公式来计算喷射器尺寸的一种方法，它13 青岛大学硕士学位论文主要依靠实验图表和经验公式，根据喷射器内流体进出口的状态参数，通过查取经验曲线图，从而确定其喷射系数。这种方法的优点是：设计简单而且方便；缺点是：喷射器设计的好坏受设计者的经验影响很大，该方法的应用范围受到一定的限制。经典热力学法是指建立在热力学第一定律和第二定律上，根据喷射器的热力过程进行设计计算，是对热力学过程做了大量的假设和简化而得到的计算模型。经典热力学法包括定压混合理论和定常面积混合理论。定压混合理论指的是两种流体在混合的过程中保持压力不变。在两种流体在混合过程中，它们的分子量和比热容一样，在混合后，它们在任意横截面上都具有相同的物性，并且在计算的过程中假设没有壁面流动阻力。计算中流体看成理想气体，结合状态方程和各种能量方程，推导出喷射器的几何参数的计算公式。定常面积混合理论指的是两种流体在混合的过程中，各自所占的截面积不变，该理论忽略了由于几何影响所产生的非确定性。在实际设计当中，采用的较多的是定压混合理论。以上两种理论虽然都可以辅助喷射器的设计，但是它们都是一种比较理想过程，设计尺寸误差较大。总体来说，经典热力学法的主要缺陷在于在喷射器的模拟过程中，它对流体在混合过程的模型做了很多的简化，然而很多学者在设计模型的时候，多数采用的都是定压混合模型，还有一些为了忽略在混合区域内由于几何影响所产生的不确定性，则选用的是等面积混合模型。还有的一些设计者，在计算蒸汽喷射器时就简单地用理想气体的热力过程来代替水蒸汽的热力过程，它不能体现热力学法的优势，特别是喷射器在汽水饱和区工作时会引起相当大的计算误差。气体动力函数法是前苏联的科学家索科洛夫创建的，他充分考虑到其他的各种性质，将能量守恒方程和气体动力函数相结合，把气体动力学参数与热力学参数相结合，从而得出的计算喷射系数的方法。他研究了喷射系数随流体进出口压力变化关系，还研究了喷射器在临界状态下的工作特性。与前两种设计方法相比，由于气体动力函数与热力函数的有效结合，用该方法来设计喷射器更加合理，它能够更准确、更详细的描述喷射器的运动状态。这种方法的优点是：它能够计算出最大喷射系数以适应最大压缩比，拓宽了喷射器的适用范围，能够成功地解决较大压缩比的喷射装置的设计问题；另外，通过这种方法所确定的喷射器的尺寸已经不再依靠经验数值和图表，结果也相对准确。但是该方法也有一定的局限性，它只能适应单相气体，对含有相变状态的气体不适应。本文对喷射器的设计计算就是基于这种计算方法。3．3喷射器的结构设计喷射器的主要结构参数有：工作流体入口直径，喷嘴喉部直径，喷嘴出口直径，14 第三章蒸汽喷射器的设计混合段直径，混合流体出口直径，引射流体入口直径，喷嘴出口到扩压管入口距离，喷嘴收缩段和扩压段长度，收缩段和扩压段长度等。根据太阳能喷射式制冷系统的大致工作范围，确定喷射器设计的工作参数：本文设计的制冷量为IOKW，假设蒸发器和发生器出口蒸汽为饱和蒸汽，冷凝器出口为饱和液体，原始数据如表3．1所示：表3．1喷射器设计的工作参数发生温度为80。C发生压力1．33968Ⅷ冷凝温度为30℃冷凝压力0．40302MP蒸发温度为5℃蒸发压力O．18577MP工作蒸汽速度lOngs引射蒸汽速度30n1／s3．3．1工作喷嘴的尺寸设计(1)喷嘴喉部面积：肛堑坠名1／尼‘南尸3．(1)喷嘴喉部直径：d0_√4钐3-(2)(2)喷嘴入口直径：d·2．4q可3．(3)其中，q是工作流体的体积流量，V是工作流体的允许流速，取lO-30m／s。(3)喷嘴出口直径d：有以下关系式求得：喷嘴出口截面积与喷嘴喉部截面积之Lk,：鲁2c南，蒜×壶c·+坠芋，赫3删气P．=(1+kz-lM：尸3一(5)d2-√4钐3_(6)f41喷嘴喉部至出口的扩张段长度：15 青岛大学硕士学位论文根据相关实验和经验，喷嘴的扩张角在8。～12。比较合适，本文设计中，取扩张角口2为8。。z，：生盗3．(7)‘2tan口．一(5)喷嘴收缩段长度：根据相关设计经验，收缩角的大致范围在300～60。之间，本文设计中，取收缩角口145。。正：生鱼3．(8)12tan口．～(6)喷嘴喉部长度：，=(1～2)哦3一(9)本文设计取一倍的喉部直径。3．3．2扩压段尺寸设计(1)扩压器喉部直径：D=I．6(2)扩压器进口直径：D1=(1．5-2．2)D本文设计取二倍的喉部直径。(3)扩压器出El直径有以下关系式求得：扩压器出口截面积：f_—mg(1—+／a)2pw扩压器出口直径：D2=√4形(4)扩压器喉部长度：L=(1-6)D本文设计取一倍的喉部直径。163-(10)3-(11)3-(12)3一(13)3-(14) 第三章蒸汽喷射器的设计(5)扩张段长度：根据扩张角取oNl2。，可以获得扩压段长度，本文设计取五倍。L2=(5-7)(D2--D)(6)收缩段长度：本文设计取收缩角30。。1一DL—Do-。2tan西3．3．3混合室尺寸设计3-(1513-(16)混合室的主要作用是：使混合气体均匀混合，形成稳定的速度场。实验研究表明，圆柱形混合室对流体的混合最有利，混合流体在混合室内混合的均匀程度直接影响扩压室的扩压能量。Selvaraju和Manit29]的研究表明，混合室轴向尺寸过小，会导致混合不均匀，而过大将会导致很大的能量损失，而且增加制造成本。所以，为了保证混合流体速度场的均衡和减少能量损失，要设计合理的混合室长度。(1)混合室吸入El直径：厂—●———一De：，／盟V3．14xV3．(171其中，g。是混合流体的体积流量，V是吸入气体的允许流速，取30～60m／s。(2)混合室长度：(6-10)D3-(18)3．3．4喷嘴出口到扩压管入口距离的计算为了确定喷嘴出口到扩散管入口处的距离A，必须要计算两个尺寸：自由喷射射流长度Lc。，自由喷射射流在距离喷嘴出口截面处Lc的自由流束的直径dc。1)自由喷射射流长度Lc的计算：(1)当喷射系数Go．5时，t：导半吐(ram)3-(19)(2)当喷射系数蚌兰O．5的时，t=(x／—0．083+—0．76,u-0．29)2恚(mm)3-(20) 青岛大学硕士学位论文d2-喷嘴出口直径(mm)a一实验系数。对于弹性介质，可取a=0．07-0．09。当牡蔓O．2时，a取较小值；当斗较大时，a采用较大值。(3)Lc处扩散管的直径Dc的大小Dc=D+0．1(L1—-Lc)(mm)2)自由喷射射流在距离喷嘴截面Lc处的直径dc的计算：(1)当喷射系数屺0．5时，dc=1．55吐(1+∥)(mm)(2)当喷射系数g<0．5时，dc=3．4d2x／0．083+0．76∥(Hun)若Dc>dc，A=0若Dc≮汰。。o．25777o28301o3o32917o．3594占、b、3￡。TT0．沁302’1出口压力(胛)图4．28不同结构形式下喷射系数随出口压力的变化图4．26～4．28显示的是不同结构形式的喷射器的性能随工作参数的变化曲线。原始设计的喷射器的引射流体入口和工作流体入口是垂直的，当把引射流体入口段倾斜(二者非垂直时)450时喷射器性能明显变差；而且研究发现，二者同轴时，40躁怒目_l醴 第四章蒸汽喷射器的三维数值模拟喷射器很难正常工作。故在喷射器的结构中，二者垂直时有利于改善喷射器性能。在以上几种结构中，当喷嘴出口距离扩压管入口为．22毫米(即喷嘴的一部分伸入扩压管里面)时喷射器的性能最佳。喷嘴出口加一段等截面的导流段，喷射器性能也有所提高。工作流体压力(盱)图4．29不同流线型喷射器的喷射系数随工作流体压力的变化图4．30不同弯曲度的流线型喷射器的喷射系数随工作流体压力的变化图4129给出了六种流线型下的喷射器的性能曲线，通过该图看出，对于只有某一段采用流线型(流线型3、4、6)的喷射器的性能并不是都优于非流线型结构的，其中收缩段采用流线型(流线型2)的喷射器性能很接近四段都采用流线型(流线型5)的喷射器的性能，并且都优于非流线型结构的。图4．30给出的是当喷射器收缩段采用流线型结构时，流线型的弯曲程度对喷射器性能的影响。改图比较了三种弯曲程度的流线型喷射器的性能。由图可以看出：对于三种弯曲度流线型结构的喷射器，其性能随着工作流体压力的变化曲线非常接近，所以流线型的弯曲程度对喷射器性能的影响较小。418T65432l0辐蜒罱誉 青岛大学硕士学位论文：～删_=≮爹≥乒掣：一一一艺：多>／／一，?：兰多。“1．06061．10781．18571．23261．28531．33961．3957图4．31不同结构形式下喷射系数随工作流体压力的变化图4．32不同结构形式下喷射系数随引射流体压力的变化由前面的分析可知，喷嘴收缩段或者收缩段采用流线型结构、或者喷射器的四个部分均采用流线型结构、喷嘴出口带导流段、喷嘴出口和扩压管入口距离为适当时都能提高喷射器的性能。所以本文尝试模拟了几种结构形式组合的喷射器。流线型8代表的是：在原始尺寸上把喷嘴出口到扩压管的距离改变为．22毫米，把原来圆台型的收缩段改为流线型结构后的喷射器性能曲线，流线型7和流线型9同理。图4．31和图4．32表示的即是这三种流线型代表的喷射器性能曲线。从图中可以看出：采用喷嘴出口距离扩压管入口为负值加上收缩段为流线型的喷射器的性能最好，优于流线型7和流线型9代表的喷射器的性能。随着工作流体压力的升高，三者的喷射器系数的差异越来越小。42l86420240螽_lj}莓管一186420辐峨蒜警 第凹章蒸汽I喷射器的三维数值模拟0g080．T06蕊os瑟0‘0．30．20100．9490．992531．0148l，03751．06061．10781．185-71．23261．28531．33961．3957工作流体压力(^P)图4．33采用流线型8的喷射器的工作流体压力的下限0．99253I．01481．03751．06061．10781．1857123261．2853l33961．3957工作流体压力(at)图4．34采用流线型9的喷射器的工作流体压力的下限1．06061．10781．18ST1．23261．28531．33961．395T工作流体压力(肥)图4．35采用流线型7的喷射器的工作流体压力的下限图4．33一-'4．35给出的是在引射流体压力和出口压力一定时，采用流线型7、8、9的喷射器正常工作时，工作流体所能达到的压力的最低值。工作流体压力的下限由低到高的喷射器流线型依次为：流线型8、流线型9、流线型7。4398T6543210兹蜒莓磐8T65432l0辐蜒安磐 青岛大学硕士学位论文10．8蒸ne慧0．402Q0．90．8070．6蕉os蘸o．40．302010引射流体压力(MF)图4．36采用流线型8的喷射器的引射流体压力的下限0．11640．120890．130250140170．145340．155120170470．15577019876引射流体压力(MF)图4．37采用流线型7的喷射器的引射流体压力的下限0103720．11205011540．120890．130250．140170．145340155120．170470185770．19876引射流体压力MP)4．38采用流线型9的喷射器的引射流体压力的下限图4．36～4．38给出的是在工作流体压力和出口压力一定时，采用流线型7、8、9的喷射器正常工作时，引射流体压力的最低值。引射流体压力的下限由低到高的喷射器流线型依次为：流线型8、流线型9、流线型7。所以对于以上三种流线型结构的喷射器，正常工作时工作流体和引射流体的压力所能达到的最小值中最低的44上上m∞一．oo∞口N_I．o9B丁BS432l0簌蜒娑磐 第四章蒸汽喷射器的三维数值模拟均是具有流线型8的喷射器，而且在相同工况下它的喷射系数也是最佳的。4．5本章小结本章简单介绍了计算流体力学(CFD)的基本思想及其应用，并对常用的三维湍流数值模拟方法进行了描述和比较，尤其是Standard1(__￡模型、Realizable'卜￡模型和RNG1(-_￡模型，对各自的应用范围和优缺点有了更深的认识，为下一步的数值模拟中模型的选择提供帮助。在GAMBIT中对已设计的喷射器进行三维建模，用FLUENT软件进行数值计算。针对喷射器的不同工况、不同尺寸、不同结构形式进行了数值模拟，对喷射器内的流场进行了分析和比较，对影响喷射器性能的各种因素进行了分析，以寻求改善喷射器性能的措施。45 青岛大学硕士学位论文46 第五章结论与展望5．1结论本文主要研究的是和太阳能喷射式制冷系统相适应的喷射器的三维数值模拟，从喷射器的工作条件、尺寸和结构形式等方面进行数值计算和分析，分析得到的结构对喷射器的设计和太阳能喷射式制冷的实验提供理论指导。本文进行的主要工作内容如下：(1)通过调用NISREFPROPv8N冷剂的物性参数并运用MATLAB软件编写程序，以常用制冷齐JRl23、R134a、R600a、R236fa为例，分析了喷射器性能和系统性能随工况的变化规律。(2)根据索科洛夫阐述的蒸汽喷射器设计的原理和方法，以R600a为工质、系统制冷量为10KW为例，对太阳能喷射式制冷系统中的喷射器进行了结构设计。(3)在GAMBIT中对已设计的喷射器建立三维模型，利用FLUENT软件进行数值计算，在传统的喷射器结构形式上进行改进，模拟各种结构形式下喷射器的性能，通过分析比较不同结构形式下的喷射器压力云图、速度云图及矢量图，以达到减弱喷射器内部的混合流动时的回流现象和能量损失的目的，改善喷射器的性能。通过对喷射器各种不同工况、不同尺寸和结构形式的数值模拟，本文得出了以下结论：(1)喷射器的喷射系数随着工作流体和引射流体的压力升高而增大，随着出口压力的升高而减小：而且随着工作流体压力的升高，喷射系数的增大趋势逐渐减弱；引射流体过低或混合流体出口压力过高时，工作流体都不能引射被引射流体，即是喷射器不能工作；所以在实际运行时，需要调整合适的工作条件才能使系统正常运行。(2)在太阳能喷射式制冷系统的工作条件范围内，针对本文设计的喷射器，喷嘴扩张角(角度的变化意味着喷射器轴向尺寸的改变)低于80时喷射系数基本稳定在较低值，扩张角在8～160变化时喷射系数比较理想；喷嘴的收缩角在30～40。范围内变化时喷射系数较好；喷射器的喉部截面积比对喷射系数影响较大，该值过低时喷射器不能工作，过大时喷射系数迅速降低，本文中喷射器设计的理论截面积比是6．25，模拟结果表明该值在6"--'7．5左右波动喷射系数比较理想；喷嘴出口和扩压管入口存在一定的距离会提高喷射器的性能，在距离为正值时不能偏离设计值太多，距离过大时喷射系数会大幅降低；当距离为负值时，随着负值绝对值的增加，喷射系数逐渐增大并趋于稳定。(3)当工作流体压力较低或者一定的引射流体压力下，喷嘴偏离混合室轴线47 青岛大学硕士学位论文向靠近引射流体入口方向移动的喷射器的性能优于二者同轴的喷射器性能；和二者同轴或者非垂直相比，工作流体和引射流体入口相垂直时，喷射器的性能较好；对某些非等截面结构采用流线型结构时，喷射器的性能能得到明显提高，而且并非只要采用流线型结构就可以提高喷射器性能；流线型的弯曲程度对喷射器性能的影响很小；喷嘴出口距离扩压管入口为负值加上收缩段为流线型的喷射器性能优于喷嘴出口距离扩压管入口为负值加上收缩段为流线型的喷射器和喷嘴出口带导流段加上收缩段为流线型的喷射器，而且这三种结构形式的喷射器所能达到的工作流体压力和引射流体压力的最小值也有差别。5．2展望喷射器作为一种不直接消耗机械能而提升压力的装置，在很多领域达到了广泛应用。而对于太阳能喷射式制冷而言，喷射器的性能是影响整个系统性能的关键，所以在计算流体力学基础上建立的对喷射器的数值模拟对喷射器的设计有着很大的指导意义。因此，在后续的研究中，可以从以下几个方面展开：(1)通过对太阳能喷射式制冷系统进行实验，来验证以上的数值模拟结果。(2)如何实现变工况调节来保证相同的制冷量。(3)利用场协同原理，对蒸汽喷射器模拟中的速度矢量场和温度矢量场的相关参数进行采集，优化喷射器结构。48 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学位论文独创性声明、学位论文知识产权权属声明学位论文独创性声明本人声明，所呈交的学位论文系本人在导师指导下独立完成的研究成果。文中依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。本人如违反上述声明，愿意承担由此引发的一切责任和后果。论文作者签名：引哪日期：沁ILf年6月fQ日学位论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为青岛大学。本学位论文属于：保密口，在年解密后适用于本声明。不保密口。(请在以上方框内打“√”)论文作者签名：茜，1&盯隰pI忏c)月fulet导师签名：拗豸日期plq年b月‘咱(本声明的版权归青岛大学所有，未经许可，任何单位及任何个人不得擅自使用)57 青岛大学硕士学位论文58