蒸汽壓縮制冷循環中噴射節流裝置
——射流泵的優化設計分析

張吉廷 張林

1.江蘇海事職業技術學院，江蘇南京 211170；2. 上海

蒸汽壓縮制冷循環中噴射節流裝置
——射流泵的優化設計分析

張吉廷1張林2

1.江蘇海事職業技術學院，江蘇南京 211170；2. 上海

本文基于射流泵基本理論，打破傳統設計方法，采用優化設計理念，著重對壓縮噴射式制冷系統中的主要部件——射流泵進行了分析研究.通過射流泵的對比理論分析表明，采用射流泵的優化設計可以使制冷系統能耗減少量可達10%以上。表明對噴射泵進行優化設計，可以提高泵的工作效率，降低循環裝置能量消耗量。這不僅為今后液氣-氣射流泵的設計、生產提供了理論指導，而且會帶來較好的社會效益和經濟效益。

射流泵；優化設計；噴射系數；橫截面；軸向尺寸

1.前言

隨著制冷技術應用的日益普遍化以及能源的短缺化，人們對制冷技術的節能要求也越來越高。眾所周知，在蒸汽壓縮制冷系統中，從冷凝器出來的高壓制冷劑通過節流閥后，使得這部分壓力能白白損失掉了。壓縮噴射制冷循環系統以結構簡單、可回收一般節流裝置所引起的節流損失而逐漸受到關注。

隨著國家能源供應供需矛盾的加劇，如何針對不同的應用環境，設計開發出相應的高效率的噴射泵，最大限度地減小能量損失，以節約能源和降低生產成木，這一課題需要切實得到解決。本文基于噴射泵理論，通過推導方程，建立目標函數方程，應用優化設計方法進行射流泵的設計，以期提高液氣混合型射流泵效率，提高制冷循環的綜合性能。

2.優化措施分析

在普通蒸汽壓縮式制冷系統中，通過引入射流泵取代節流閥而構成的壓縮噴射式制冷系統，以其結構簡單、運行可靠、可回收部分節流閥造成的截流能量損失而受到人們的關注。本論文概述了壓縮噴射式制冷系統，對循環裝置的主要部件——液氣-氣射流泵的性能及優化設計進行了研究，得出如下結論：

（1）采用壓縮/噴射混合循環可以回收制冷系統由于節流而引起的節流損失，從而可以提高制冷循環的制冷系數，壓縮/噴射混合循環的噴射系數和從蒸發器來的制冷劑的壓縮比不是隨意確定的變量，而是對一定制冷工況是確定的。

（2）在噴嘴中，制冷劑兩相區聲速隨著制冷劑干度的增加而增大；在等熵膨脹的情況下，與氣體的聲速隨著壓力的降低而減小不同，制冷劑的聲速隨著壓力的降低而增大。壓縮/噴射混合制冷循環的噴射器噴嘴一般為漸縮漸擴型噴嘴，噴嘴的臨界截面直徑和出口截面直徑的設計與制冷工況有關，隨著冷凝溫度的增加，噴嘴的臨界截面直徑稍有減小，出口截面直徑增加較多；隨著蒸發溫度的增加，噴嘴的臨界截面直徑和出口截面直徑均減小，但噴嘴的臨界截面直徑變化很小。

（3）在計算噴射系數的情況下，當自由流束的終截面與混合室的入口截面相等時，此時就是噴嘴距離混合室的最適宜的距離。它主要取決于參數lc1（自由流束的長度）以及參數d4（在離噴嘴出口截面的距離為lc1處的自由流束的直徑）。在d3d4的情況下，噴嘴出口截面離圓柱形混合室的入口截面的最適宜的距離應該取lc=lc1，而且在這種情況下，取lc稍稍小于lc1不會嚴重地影響噴射泵的工作，只相當于縮短了混合室的工作長度，因為自由流束長度是不變的。但如果將噴嘴移離混合室，即把噴嘴裝在lc>lc1的地方，噴射泵的工作性能將嚴重惡化。將它移離混合室會導致增加自由流束的長度，這樣就會增加自由流束的終截面面積，因為自由流束甚至內切于混合室的入口段，而入口段的直徑大于圓柱形混合室的直徑。在這種情況下，自由流束帶入到混合室中的氣體比噴射泵壓縮器能通過的要多，因此一部分氣體應該從混合室倒流到接受室去，在混合室入口段將產生倒流和與倒流相聯系的噴射泵內的附加損失。

（4）引射流體的工作條件一定時，要滿足某極限噴射系數的要求，工作壓力越大，噴射器出口壓力就越大。隨著工作壓力升高到一定值以上時，再增加工作壓力，出口壓力增加不多。在工作流體壓力和引射流體壓力不變時，噴射器出口壓力越高，極限噴射系數就越小。

3. 展望

隨著我國經濟模式由粗獷型向集約型的轉變，節能已經成為一個全民話題。鑒于壓縮噴射制冷循環系統的優點，在今后必定會得到較大的發展空間。射流泵是壓縮噴射制冷循環系統的關鍵部件，其噴射效率對整個系統的性能影響很大。所以，對壓縮噴射制冷循環性能研究的重點仍將放在射流泵的進一步優化設計上。在本文的研究工作基礎上，今后可以開展進一步的研究工作：

（1）研制和采用先進的測試設備，深入研究噴射器內部各種流動參數（壓力、溫度、速度、流場）的變化規律，建立完善與合理的物理數學模型，特別是對兩相流噴射器提出更合理的設計方法。

（2）研究射流泵內部各種流動參數(壓力、流速和濃度等)的變化規律，建立更加完善合理的物理數學模型，提出更合理的設計方法。

（3）研究射流泵的結構參數匹配，進一步提高泵效率，使噴射泵系統工作性能達到最優。提高射流泵及噴射器產品的質量，改進加工工藝，逐步實現產品的系列化和標準化，以加速它的推廣應用。

[1]張林.蒸汽壓縮制冷循環中噴射節流裝置的理論研究.上海海事大學.2007年碩士畢業論文

[2]李龍華，洪超.提高射流泵效率的研究.水利水電技術.1998年03期

[3]喻健良，郭雪華，胡曉石.液—液氣射流泵的實驗研究.化學工業與工程.2001年02期

張吉廷 男，1981-11，漢，籍貫江蘇南京，江蘇海事職業技術學院（211170），助教，研究方向：輪機工程。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.113