压缩喷射式制冷系统效率改进研究

利用两相喷射器代替膨胀阀作为制冷系统的节流机构，可以明显提高系统的性能，以日本电装公司为首的企业已申请近200项专利，并在多种制冷系统中商业化，因而在全球范围引起研究热潮。但目前其他机构的研究结果表明利用喷射器后制冷系统COP仅提高5-10%，难以达到电装宣称的效果。本项目拟通过对喷射器本身的设计改进、气液分离器优化以及系统控制与匹配等三个方面，以R404a冷藏库机组为例展开研究，实现喷射制冷系统样机COP对于热力膨胀阀系统提升50%。项目将主要结合两相流理论，探讨喷射器结构参数对其性能的影响，研究喷射器的设计方法，并搭建喷射器性能测试实验台对设计样件进行测试；结合两相气液分离理论，研究喷射式制冷循环中适合的气液分离器形式；研究R404a系统的关键参数匹配及系统控制策略，以改善制冷系统效率。

本课题从数值模拟和实验两个方面，对液-气两相流喷射器进行了深入的研究。首先根据三大守恒方程，在均相流（HEM）模型的基础上，建立了喷射器各个部分的数学模型。在给定的工况下，参照喷射器正常运行时系统的参数，通过数值模拟对两相流喷射器的关键数进行优化，研究在喷嘴达到临界状时喷射器的工作特性，找出喷射器各个参数的最佳组合。然后通过实验对喷射器的喷嘴喉部直径和喷嘴出口位置进行了优化，并对不同直径的喷嘴在不同工况下的制冷量和EER进行了研究，探索喷嘴与系统的匹配特性。在此基础上设计了可调式喷射器，通过调节喷嘴喉部面积实现对喷射器的变工况调节。.在喷嘴优化的基础上，采用可调式喷射器，通过实验的方法对喷射器的混合段参数和扩压段参数进行分段优化，设计和加工了一体式可调喷射器。在现有的R410A空调系统中，对高、中和低三个典型工况进行综合调试。实验发现在标准工况下，喷射器系统比电子膨胀阀系统制冷量增加了400W，EER可提高7.7%；对压缩机转速进行调整后，在保持制冷量与电子膨胀阀系统基本一致的情况下，EER可以提升9.32%，节能效果显著。.研究过程中，根据两相流喷射式制冷系统的需求，通过CFD的方法，设计了适用于喷射器系统的具有储液功能的新型气液分离器，它利用重力和离心力的双重作用，克服了传统气液分离器不适用于低干度气液分离的不足，实现了气和液的高效分离，能满足喷射式制冷系统的需求。.此外，本研究还对现有的R22热泵热水器进行了改造，用喷射器取代膨胀阀，实验表明喷射器在最小运行工况下，可以提升吸气压力0.18Mpa，升压比可达11.9%，升压效果显著。