多蒸发器制冷回路中双级喷射器的性能研究

摘要

随着我国经济的快速发展以及人民生活水平的不断提高，食品运输业尤其是冷链运输业得到快速发展，冷藏车规模急剧扩张，制冷油耗也急剧增大。本文创新性地将双级喷射器引入到冷藏车多蒸发器制冷系统中，形成双级喷射多蒸发器制冷循环系统，既能解决多蒸发器间较大压差的难题，又不会消耗额外的机械能，还能达到较大压升的目的，这对冷藏车的节能减排有重要的理论及应用价值。具体研究内容为：首先根据冷藏车三蒸发室的制冷特性，设计该基于双级喷射器的三蒸发器制冷系统和双级喷射器结构，其中该系统选用 R134a 为工质，环境温度设为 35℃，三蒸发器温度变化范围分别为-14~-5℃、-34~-28℃和 4~13℃。然后通过二维CFD仿真技术对该双级喷射器进行建模并研究双级喷射器的几何参数、工况参数以及变负荷对双级喷射器性能参数的影响特性。　　一方面，对双级喷射器关键几何参数（包括喷嘴直径、等压混合段尺寸、等截面混合段尺寸和面积比）的研究得出：1）根据冷藏车三蒸发器的冷量需求确定双级喷射器喷嘴的直径，一、二级主喷嘴直径分别取得1.8mm 和2.4mm；2）面积比对双级喷射器引射率和压升百分比的影响是非常显著的，但值得注意的是当一级面积比的取值过低时双级喷射器会失效；3）等压混合段尺寸和等截面混合段尺寸对双级喷射器性能的影响都是比较小的；4）最后得到的双级喷射器最佳一、二级引射率值分别为：2.183和1.201。　　另一方面，对双级喷射器变工况条件（变背压、蒸发温度等）和变负荷（变制冷剂质量流量）的研究发现：1）两级联合时，各级有三种运行方式：临界模式、亚临界模式和回流模式，但产生亚临界和回流模式的升压百分比范围不同；2）一级引射率主要受冷藏室和冷冻室蒸发温度变化的影响，而空调室蒸发温度对二级引射率的影响较大；3）一级一次流质量流量对一级引射率的影响较大，而二级一次流质量流量对二级引射率的影响较显著；4）双级喷射器级间压力都明显受到一、二级一次流质量流量影响，不过一级一次流质量流量取值不能过低，不然双级喷射器会失效。

目录

声明

主要符号表

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 喷射器简介

1.3 国内外研究现状分析

1.3.1 制冷领域中喷射器性能研究现状

1.3.2 多蒸发器制冷系统中喷射器关键尺寸研究现状

1.3.3 多蒸发器制冷系统中喷射器变工况及变负荷研究现状

1.4 研究内容

1.4.1 研究目的

1.4.2 主要研究内容

2 系统描述及双级喷射器设计

2.1 多蒸发器双级喷射器制冷系统

2.1.1 系统工作流程

2.1.2 各蒸发器冷量计算

2.2双级喷射器设计

2.2.1 双级喷射器工作原理

2.2.2 双级喷射器简化结构

2.2.3 双级喷射器初始几何尺寸

2.2.4 双级喷射器性能评估

2.3 本章小结

3 双级喷射器模型建立与验证

3.1 控制方程

3.2 湍流计算模型

3.2.2 近壁区κ-ε模型处理

3.3 数值模拟过程

3.3.1 Fluent参数设置

3.3.2 模型建立及网格划分

3.4 模型验证

3.4.1系统实验台

3.4.2 模型验证

3.5 本章小结

4 双级喷射器几何尺寸优化研究

4.1 主喷嘴直径的确定

4.1.1 一级喷射器喷嘴直径的确定

4.1.2 二级喷射器喷嘴直径的确定

4.2 双级喷射器等压混合段尺寸对双级喷射器性能的影响

4.2.1 一级等压混合段尺寸对双级喷射器性能的影响

4.2.2 二级等压混合段尺寸对双级喷射器性能的影响

4.3 双级喷射器等截面混合段尺寸对双级喷射器性能的影响及优化

4.3.1 一级等截面混合段尺寸对双级喷射器性能的影响

4.3.2 二级等截面混合段尺寸对双级喷射器性能的影响

4.4 双级喷射器面积比对双级喷射器性能的影响及优化

4.4.1 一级面积比对双级喷射器性能的影响

4.4.2 二级面积比对双级喷射器性能的影响

4.5 本章小结

5 双级喷射器在变工况和变负荷下的性能研究

5.1 变背压对双级喷射器性能的影响

5.2 蒸发器设计温度对双级喷射器性能的影响

5.2.1 冷藏室温度对双级喷射器性能的影响

5.2.2 冷冻室温度对双级喷射器性能的影响

5.2.3 空调室温度对双级喷射器的影响

5.3 冷藏室和空调室变负荷对双级喷射器性能的影响

5.3.1 双级喷射器一级引射率的影响分析

5.3.2 双级喷射器二级引射率的影响分析

5.3.3 双级喷射器级间压力的影响分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 本文总结

6.2 主要创新点

6.3 课题展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果