面向制冷应用的自调节喷嘴出口位置喷射器的研制

摘要

能源短缺是人类目前面临的严峻挑战之一。喷射式制冷系统利用太阳能、工业余热和汽车废热等低品位热能驱动制冷，节能潜力巨大。低品位热能的不稳定性导致制冷效果不佳使喷射式制冷系统的发展受到了限制。本文提出了一种可自动调节喷嘴出口位置（nozzle exit position，NXP）的喷射器，以克服低品位热能不稳定带来的影响，为喷射式制冷系统的应用推广进行了有益探索，对节能减排具有重要的理论意义与实践价值。具体工作如下:
　　针对低品位热能驱动的喷射式制冷系统中发生器压力不稳定的特点，选择制冷工况的喷射器为原型，通过数值模拟和实验研究的方法对原型喷射器进行了系统的研究，得到了一次流压力与临界NXP的关系式，并基于此关系式提出了一种自调节喷嘴位置喷射器的设计方法。得出以下主要结论:1.在二次流压力与背压不变、一次流压力逐步升高的情况下，喷射器一次流质量流量逐步升高，二次流质量流量先升高后下降，引射比先升高后下降;2.为高背压的工况设计喷射器时，可适当的增大NXP以提高喷射器的临界背压;3.在一次流压力发生变化时，存在临界NXP区间使喷射器性能最优;4.与传统喷射器相比，自调节喷嘴位置喷射器引射比至少可提高3.6％，并且，其可在一次流压力发生波动时始终保持相对较高的引射比;5.将喷射器测试实验平台的实验数据与喷射式制冷系统的实验数据进行了对比，相对误差为8.7％，因而认为该实验平台的实验数据可用于对喷射器的进一步研究;6.通过喷射器测试实验平台对一次流压力与临界NXP的关系式进行了验证，结果表明，该关系式可应用于预测本文所用原型喷射器在各一次流压力下所对应的临界NXP。
　　本文的创新之处在于提出了一种自调节喷嘴出口位置喷射器，可根据一次流压力的波动自动调节喷射器喷嘴出口位置以使其喷射系数在当前工况下保持最优，并对其可行性进行了论证。本文的另一创新之处是设计并实现了喷射器测试实验平台。该实验平台可测试任意工况下喷射器的性能，并且操作简单。其实验数据可与传统实验系统数据和CFD仿真数据相互验证，对推动喷射器的研究具有一定的价值。

目录

声明

摘要

符号说明

1．1 课题研究背景及意义

1．2 喷射式制冷简介

1．3 国内外研究现状

1．3．1 关于喷射式制冷系统的研究

1．3．2 关于制冷剂的研究

1．3．3 关于喷射器的研究

1．4 本文研究内容

1．5 本章小结

第2章 喷射器理论

2．1 喷射器机理

2．2 喷射器性能评价

2．3 喷射器仿真理论

2．3．1 控制方程

2．3．2 湍流模型

2．3．3 控制方程的求解

2．4 本章小结

第3章 自调节喷嘴位置喷射器的设计

3．1 影响喷射器性能的因素

3．2 波纹管理论

3．2．1 波纹管的定义

3．2．2 波纹管的力学分析

3．3 自调节喷嘴位置喷射器的设计

3．4 本章小结

第4章 喷射器数值研究

4．1 ANSYS FLUENT简介

4．2 数值研究过程

4．3 喷射器数值模拟

4．3．1 模型构建

4．3．2 模型求解

4．3．3 模型验证

4．4 数值模拟结果分析

4．4．1 一次流压力对喷射器性能影响

4．4．2 NXP对喷射器性能的影响

4．4．3 自调节喷嘴位置喷射器性能分析

4．5 本章小结

第5章 喷射器实验研究

5．1 喷射器测试实验平台的搭建

5．2 实验研究内容

5．3 实验方案设计

5．4 实验数据分析

5．4．1 数据准确性测试

5．4．2 验证一次流压力与临界NXP关系式

5．5 本章小结

6．1 本文总结

6．2 本文创新点

6．3 课题展望

参考文献

致谢

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