PDF《膨胀机与喷射器跨临界二氧化碳循环比较研究》

1 的各状态 点相对应. 膨胀机代替节流阀可以回收节流膨胀功,从而 减少压缩机的输入功,提高系统性能系数.CO2 跨 临界膨胀机循环流程如图

1 虚线部分所示.图2的虚线 1-2-3t-4-1 循环过程表示了膨胀机跨临界循环 热力过程,各状态点与图

1 的各状态点相对应. 喷射器将工作流的膨胀能转化为动能,再将动 能转为为制冷剂的压力势能.喷射器回收了一部分 膨胀过程动能,提高了压缩机入口压力,节省了压 缩机输入功,提高了系统性能.CO2 跨临界喷射器 循环流程如图

3 所示.超临界 CO2 经过气体冷却器 冷却后流入主喷嘴变为低压高速流体,从而吸收蒸 发器中的低压冷媒蒸汽流入引射喷嘴.然后工作流 和引射流在混合段混合,再经扩压段变为低速高压 流体排出.图4的1-2-5-6-3-4-1 循环过程表示了工 作流热力循环过程,10-7-6-3-8-9-10 循环过程表示 了引射流热力循环过程,各状态点与图

3 的各状态 点相对应. 图1节流阀循环和膨胀机循环的流程图 图2节流阀循环和膨胀机循环的 P-h 图图3喷射器循环的系统流程图 图4喷射器循环的 P-h 图2热力学模型 为简化计算模型, 对三种跨临界 CO2 循环作以 下假设: 1)忽略气体冷却器、蒸发器及连接管路中的 压降;

2)忽略喷射器进、出口动能;

3)压缩机等熵效率?c、膨胀机等熵效率?t、工 作流喷嘴效率?mb,引射流的喷嘴效率?sb、扩压段 效率?d 为定值. 三种循环的系统性能指数 COP 可由下式计算, net w q / COP gc ? (1)

2 1 gc h h q ? ? (2) 式中: qgc ――三种循环气体冷却器换热量,W;

wnet ――循环系统输入功,W. 节流阀循环系统输入功可由下式计算, ? ? c

4 1s

4 1 net /? h h h h w ? ? ? ? (3) 式中: h1s ――等熵压缩过程压缩机出口比焓,J/kg. 膨胀机循环系统输入功可由下式计算, t c net w w w ? ? (4) ? ? c

4 1s

4 1 c /? h h h h w ? ? ? ? (5) ? ? 3s

2 t 3t

2 t h h h h w ? ? ? ? ? (6) 式中: wc ――压缩机输入功,W;

wt ――膨胀机回收功,J/kg;

h3s ――等熵膨胀过程膨胀机出口比焓,J/kg. 喷射器循环系统输入功可由下式计算, ? ? c

4 1s

4 1 net /? h h h h w ? ? ? ? (7) 设喷射器中工作流的质量流量为 1,引射流的 质量流量为 w, 喷射器中的热力过程可由式(8)~(15) 描述,式中各下角标的含义参见图 4. 压缩机 气体冷却器 蒸发器 喷射器 气液分离器 节流阀

1 2

3 4

8 9

10 5

7 6 压缩机 气体冷却器 蒸发器 膨胀机 节流阀

1 3

4 3t

2 100

200 300

400 500

600 2

5 10

15 h[kJ/kg] P (MPa) 0℃ 20℃ 90℃

6 7

1 2

3 4

5 8

9 10

100 200

300 400

500 600

2 5

10 15 h[kJ/kg] P (MPa) 0℃ 20℃ 90℃

1 2

3 4 3t 比焓 h /(kJ/kg) 压力 P / MPa 压力 P / MPa 比焓 h /(kJ/kg) 对于喷射器工作流喷嘴段: ? ? ? ? s h h h h

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5 2 mb ? ? ? ? (8) ? ? ? ?

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5 2 h h u ? ? (9) 对于喷射器引射流喷嘴段: ? ? ?........