两相喷射器的建模及工作特性研究

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随着能源需求日益增长和更高的环保要求,人们对各种节能环保技术愈发关注。喷射器作为一种流体装置,无需消耗高品位的机械能便可提升流体的压力,广泛应用于制冷系统与热回收系统。其中液-气喷射器和气-液喷射器统称为两相喷射器,将液-气喷射器应用于跨临界CO2制冷循环中,构成跨临界CO2喷射制冷系统,有利于膨胀功的回收;将气-液喷射器应用于小型有机朗肯循环(ORC)中,构成气-液喷射式ORC,有利于减少泵功,提高系统发电效率,作为系统的核心部件,液-气喷射器和气-液喷射器的性能直接决定系统性能。因此,需要对其进行深入分析。本文在针对液-气喷射器和气-液喷射器,开展了以下几方面的研究:首先建立了液-气喷射器模型,对液-气喷射器各部件效率的进行了量化,并拟合了液-气各部件效率与运行工况、喷射系数和压力比的经验关联式。并利用?分析对液-气喷射器进行了分析,获得了液-气喷射器各部件的优化潜力、优化顺序。高级?分析结果表明部件优化顺序为混合室、扩散室、主喷嘴。另外,基于液-气喷射器模型研究了液-气喷射器中各部件的?损随工况的变化,并对液-气喷射器的?损敏感性进行了分析,结果表明相比于混合室和扩散室效率,液-气喷射器?损对主喷嘴的等熵效率更敏感。其次建立了气-液喷射器模型,对气-液喷射器进行了?分析。结果表明气-液喷射器普通?分析与高级?分析得到的优化顺序一致,即混合室、主喷嘴、扩散室,其中主喷嘴的外源性?损为零,即主喷嘴的外源性?损不受混合室壁面阻力系数和扩散室效率的影响。此外还分析了气-液喷射器?损随主动流体温度的变化,表明气-液喷射器?损存在最大值,因此在气-液喷射器设计和运行时应调控主动流体的状态。最后设计了气-液喷射器测试台,并设计加工了气-液喷射器模型。根据气-液喷射器测试台的设计工况,对所需设备进行理论计算并选型,完成了气-液喷射器实验系统的搭建。基于该实验系统的特点,设计了基于MATLAB编程的数据采集,实时读取并显示测量点的温度、压力和流量,并通过Refprop调用和监测工质状态,有效地进行实验工况的稳定监测与系统调节,并完成了实验台的检测、保压、工质充注和试运行等系列工作。
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