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四种双温蒸汽压缩制冷循环的热力学比较 【关键词】热力学制冷压缩/喷射混合循环理论分析 【摘要】本文建立了对双温压缩/喷射混合蒸汽压缩制冷循环进行理论分析的热力学模型，对带蒸发压力调节阀的双温蒸汽压缩制冷循环和三种双温压缩/喷射混合蒸汽压缩制冷循环的理论制冷性能进行了比较。 引言 现在制冷系统大多采用的是蒸汽压缩式制冷循环，这种制冷系统采用电能驱动，低的制冷系数意味着耗费更多的电能，即需要耗费更多的一次能源，产生更多的对环境有害的大气污染物。而且随着经济的发展，能源消耗日益增加，能源供应日趋紧张。随着人们对低温需求的日益增多，制冷系统的耗电占日常能源消耗的比例越来越大，无论从节约能源角度还是从环境保护的角度，都需要提高制冷装置的制冷效率。 随着经济的发展，人们对制冷系统功能的需求也日益多样化，现在很多制冷系统有两个以上的蒸发器，即具有两个以上的蒸发温度，比如：家用冰箱一般具有冷冻室和冷藏室，小型冷藏车既要满足冷藏功能的要求，又要满足驾驶室空调的要求，很多冷库都有两个以上的冷藏温区。双蒸发温度的制冷系统传统的做法是在高蒸发温度的蒸发器后设一蒸发压力调节阀，使高温蒸发压力在经过蒸发压力调节阀后节流到低温蒸发压力，再进入压缩机。由于蒸发压力调节阀的存在，使得制冷剂的能量除了因膨胀阀节流损失一部分外，蒸发压力调节阀的节流还要损失一部分，因此这种制冷系统的制冷系数是很低的。在能源日渐紧张的今天，这种制冷系统已不能满足需要，探寻具有更高效率的双温制冷系统成为急待解决的问题。 由于制冷系统的节流损失一般较小，而且膨胀阀的节流过程又会发生相变，使用膨胀机来进行回收一般认为得不偿失，所以很少考虑回收。喷射器结构简单，成本低廉，无运动部件，适于包括两相流的任何流型下使用。喷射器很早就用于低位热源驱动的制冷系统【1，2，3】，对于具有废热的场所是一个很好的能源回收方式。Kornhauser【4】曾提出一种单蒸发温度的压缩/喷射混合蒸汽压缩制冷循环，回收膨胀节流损失，使得制冷系统的制冷效率得到提高。许多研究表明【5，6，7】，在制冷系统上采用喷射器确实可以提高制冷装置的制冷性能。 1 双温压缩/喷射混合压缩制冷循环分析方法 1.1 几种压缩/喷射混合蒸汽压缩制冷循环 图1 带蒸发压力调节阀的传统双温蒸汽压缩制冷循环（方法一） 文献【8】中对CO2压缩/喷射混合蒸汽压缩制冷循环的理论分析方法进行了介绍，但此方法与喷射器的结构有关，很难用于纯热力学分析。文献【9】给出了一种可进行热力学分析的压缩/喷射混合蒸汽压缩制冷循环的分析方法，但此方法中的喷射系数必须预先假定。本文在喷射器基本方程的基础上，给出了理论上根据制冷工况求喷射器最佳喷射系数和喷射器出口压力的方法，并对带蒸发压力调节阀的双温蒸汽压缩制冷循环和三种双温压缩/喷射混合蒸汽压缩制冷循环的理论制冷性能进行了比较。 图2 在高温蒸发器后用二级喷射器代替蒸发压力调节阀的双温蒸汽压缩制冷循环（方法二） 图3高温蒸发器与一级喷射器并联，在高温蒸发器后用二级喷射器 代替蒸发压力调节阀，低温蒸发器膨胀阀与冷凝器出口相连的双温蒸汽压缩制冷循环（方法三） 图4高温蒸发器与一级喷射器并联，在高温蒸发器后用二级喷射器代替 蒸发压力调节阀，低温蒸发器膨胀阀与气液分离器相连的双温蒸汽压缩制冷循环（方法四） 1.2 喷射器模型假设 为了方便计算和分析，我们对压缩/喷射混合蒸汽压缩制冷循环进行了假设，主要包括：（1）忽略管路、冷凝器、蒸发器等阻力损失。（2）离开蒸发器的制冷剂为饱和汽相，离开冷凝器的制冷剂为饱和液相。（3）制冷剂从喷嘴喷出后，压力降为蒸发压力，制冷剂在喷射器内混合为在蒸发压力下的等压混合。（4）制冷剂时时处于准平衡状态，将制冷剂在喷射器内发生的过程均理想化，忽略各种损失，喷射器可最大限度满足能量回收的需要。制冷剂在喷嘴加速过程和在扩散室的压缩过程均为等熵过程，不计磨擦损失。（5）忽略喷嘴进口、蒸发器出口和喷射器出口的动能。 1.3 一级喷射器喷射系数和出口压力的确定 喷射系数为引射流体的流量和主流流体流量之比，即：，如图3和图4所示，，主流制冷剂从喷嘴中喷出为等熵过程，状态为5，与引射制冷剂（状态为1）等压混合，达到状态6，在喷射器扩压室内经过等熵压缩后达到状态7。由质量守恒： 式中：－分别为喷射器主流质量流量，引射流质量流量，混合室出口质量流量。 由动量守恒： 由能量守恒关系： 本篇文章来源 由在喷嘴内的膨胀过程3－5为等熵过程，则可以得到主流流速： 由6点压力为蒸发压力，则可以根据制冷剂物性方程求得6点的比熵 制冷剂在喷射器扩压室内可看成等熵压缩过程，即，由此可求得7点的比焓为： 由物性方程可得7点的压力为： cID=Y2006M10D11H13m18s53/a 对于方法三，分析制冷剂在气液分离器的过程