蒸汽压缩制冷循环中喷射节流装置
——射流泵的优化设计分析
2011-02-17张吉廷张林
张吉廷 张林
1.江苏海事职业技术学院，江苏南京 211170；2. 上海
蒸汽压缩制冷循环中喷射节流装置
——射流泵的优化设计分析
张吉廷1张林2
1.江苏海事职业技术学院，江苏南京 211170；2. 上海
本文基于射流泵基本理论，打破传统设计方法，采用优化设计理念，着重对压缩喷射式制冷系统中的主要部件——射流泵进行了分析研究.通过射流泵的对比理论分析表明，采用射流泵的优化设计可以使制冷系统能耗减少量可达10%以上。表明对喷射泵进行优化设计，可以提高泵的工作效率，降低循环装置能量消耗量。这不仅为今后液气-气射流泵的设计、生产提供了理论指导，而且会带来较好的社会效益和经济效益。
射流泵；优化设计；喷射系数；横截面；轴向尺寸
1.前言
随着制冷技术应用的日益普遍化以及能源的短缺化，人们对制冷技术的节能要求也越来越高。众所周知，在蒸汽压缩制冷系统中，从冷凝器出来的高压制冷剂通过节流阀后，使得这部分压力能白白损失掉了。压缩喷射制冷循环系统以结构简单、可回收一般节流装置所引起的节流损失而逐渐受到关注。
随着国家能源供应供需矛盾的加剧，如何针对不同的应用环境，设计开发出相应的高效率的喷射泵，最大限度地减小能量损失，以节约能源和降低生产成木，这一课题需要切实得到解决。本文基于喷射泵理论，通过推导方程，建立目标函数方程，应用优化设计方法进行射流泵的设计，以期提高液气混合型射流泵效率，提高制冷循环的综合性能。
2.优化措施分析
在普通蒸汽压缩式制冷系统中，通过引入射流泵取代节流阀而构成的压缩喷射式制冷系统，以其结构简单、运行可靠、可回收部分节流阀造成的截流能量损失而受到人们的关注。本论文概述了压缩喷射式制冷系统，对循环装置的主要部件——液气-气射流泵的性能及优化设计进行了研究，得出如下结论：
（1）采用压缩/喷射混合循环可以回收制冷系统由于节流而引起的节流损失，从而可以提高制冷循环的制冷系数，压缩/喷射混合循环的喷射系数和从蒸发器来的制冷剂的压缩比不是随意确定的变量，而是对一定制冷工况是确定的。
（2）在喷嘴中，制冷剂两相区声速随着制冷剂干度的增加而增大；在等熵膨胀的情况下，与气体的声速随着压力的降低而减小不同，制冷剂的声速随着压力的降低而增大。压缩/喷射混合制冷循环的喷射器喷嘴一般为渐缩渐扩型喷嘴，喷嘴的临界截面直径和出口截面直径的设计与制冷工况有关，随着冷凝温度的增加，喷嘴的临界截面直径稍有减小，出口截面直径增加较多；随着蒸发温度的增加，喷嘴的临界截面直径和出口截面直径均减小，但喷嘴的临界截面直径变化很小。
（3）在计算喷射系数的情况下，当自由流束的终截面与混合室的入口截面相等时，此时就是喷嘴距离混合室的最适宜的距离。它主要取决于参数lc1（自由流束的长度）以及参数d4（在离喷嘴出口截面的距离为lc1处的自由流束的直径）。在d3
（4）引射流体的工作条件一定时，要满足某极限喷射系数的要求，工作压力越大，喷射器出口压力就越大。随着工作压力升高到一定值以上时，再增加工作压力，出口压力增加不多。在工作流体压力和引射流体压力不变时，喷射器出口压力越高，极限喷射系数就越小。
3. 展望
随着我国经济模式由粗犷型向集约型的转变，节能已经成为一个全民话题。鉴于压缩喷射制冷循环系统的优点，在今后必定会得到较大的发展空间。射流泵是压缩喷射制冷循环系统的关键部件，其喷射效率对整个系统的性能影响很大。所以，对压缩喷射制冷循环性能研究的重点仍将放在射流泵的进一步优化设计上。在本文的研究工作基础上，今后可以开展进一步的研究工作：
（1）研制和采用先进的测试设备，深入研究喷射器内部各种流动参数（压力、温度、速度、流场）的变化规律，建立完善与合理的物理数学模型，特别是对两相流喷射器提出更合理的设计方法。
（2）研究射流泵内部各种流动参数(压力、流速和浓度等)的变化规律，建立更加完善合理的物理数学模型，提出更合理的设计方法。
（3）研究射流泵的结构参数匹配，进一步提高泵效率，使喷射泵系统工作性能达到最优。提高射流泵及喷射器产品的质量，改进加工工艺，逐步实现产品的系列化和标准化，以加速它的推广应用。
[1]张林.蒸汽压缩制冷循环中喷射节流装置的理论研究.上海海事大学.2007年硕士毕业论文
[2]李龙华，洪超.提高射流泵效率的研究.水利水电技术.1998年03期
[3]喻健良，郭雪华，胡晓石.液—液气射流泵的实验研究.化学工业与工程.2001年02期
张吉廷 男，1981-11，汉，籍贯江苏南京，江苏海事职业技术学院（211170），助教，研究方向：轮机工程。
10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.113
