R134a太陽能噴射制冷系統(tǒng)的熱力計(jì)算

摘 要：文章主要對R134a太陽能噴射制冷系統(tǒng)進(jìn)行氣體的熱力計(jì)算，采用熱力學(xué)方程計(jì)算實(shí)際過程的熵變，研究噴射系數(shù)？滋以及性能系數(shù)COP隨蒸發(fā)溫度的變化趨勢。結(jié)果表明噴射系數(shù)和性能系數(shù)均隨著蒸發(fā)溫度的升高而增加。

關(guān)鍵詞：太陽能；噴射制冷系統(tǒng)；熱力學(xué)；COP

引言

隨著人民生活水平的不斷提高，空調(diào)能耗在不斷的增加。在我國，制冷空調(diào)耗電量約占總耗電的20%[1]。能源供應(yīng)的日趨緊張及人們對室內(nèi)熱環(huán)境、室內(nèi)空氣品質(zhì)的要求愈來愈高，迫切要求尋求一種新能源來解決此問題。太陽能既是一次能源，又是可再生能源。近年來太陽能作為驅(qū)動能源的制冷系統(tǒng)得到了廣泛的發(fā)展，尤其是太陽能噴射式制冷系統(tǒng)。文章利用熱力學(xué)方程對太陽能噴射制冷系統(tǒng)進(jìn)行分析，以R134a作為太陽能噴射制冷系統(tǒng)的制冷劑，研究實(shí)際氣體的熱力學(xué)過程，確定噴射系數(shù)？滋以及性能系數(shù)COP隨蒸發(fā)溫度的變化趨勢，為太陽能噴射制冷系統(tǒng)的計(jì)算提供依據(jù)。

1 太陽能噴射制冷系統(tǒng)

1.1 熱力學(xué)分析

圖1所示為太陽能噴射制冷系統(tǒng)示意圖。系統(tǒng)主要由太陽能集熱器、發(fā)生器、噴射器、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流閥、制冷劑泵等幾部分組成。液態(tài)制冷劑在發(fā)生器中吸收傳熱工質(zhì)的熱量氣化為高壓氣態(tài)制冷劑，經(jīng)過噴射器的噴嘴進(jìn)行絕熱膨脹，在混合室內(nèi)形成一股高速低壓氣流，將蒸發(fā)器內(nèi)的低壓氣態(tài)制冷劑吸入噴射器，兩者充分混合經(jīng)擴(kuò)壓管減速增壓后進(jìn)入冷凝器，在冷凝器中定壓放熱凝結(jié)為制冷劑液體后，一部分經(jīng)水泵加壓后回到發(fā)生器，另一部分經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流減壓進(jìn)入到蒸發(fā)器蒸發(fā)制冷[2]。

圖2為太陽能噴射制冷系統(tǒng)的p-h圖。過程1-2為制冷劑液體在發(fā)生器中汽化為高溫高壓工作流體的過程，過程2-g為工作流體在噴射器噴嘴內(nèi)膨脹至蒸發(fā)壓力的過程，過程3-e為引射流體在噴射器噴嘴內(nèi)膨脹至蒸發(fā)壓力的過程，過程6-3為制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)汽化為低壓飽和蒸汽的過程，點(diǎn)h表示的是狀態(tài)g的工作流體和狀態(tài)e的引射流體在噴射器內(nèi)混合后狀態(tài)點(diǎn)，過程h-4為混合流體在噴射器擴(kuò)散室內(nèi)升壓的過程，過程4-5為噴射器出口的混合流體經(jīng)冷凝器冷凝為飽和液體的過程，過程5-1為冷凝器出口部分制冷劑液體經(jīng)循環(huán)泵升壓的過程，過程5-6為冷凝器出口部分制冷劑經(jīng)膨脹閥節(jié)流減壓的過程[3]。

為了簡化計(jì)算對系統(tǒng)分析時(shí)假設(shè)：工質(zhì)在管道內(nèi)的流動過程絕熱，且忽略在管道及換熱器內(nèi)的流動損失。該循環(huán)的性能系數(shù)定義為蒸發(fā)器的制冷量與發(fā)生器的換熱量及循環(huán)泵消耗能量之比為

式中：Qe-制冷量，W；Qg-換熱量，W；W-電能，W；me-引射流質(zhì)量流量，kg/s；mg-工作流質(zhì)量流量，kg/s；？滋-噴射系數(shù)；h2-發(fā)生器出口焓值，kJ/kg；h3-蒸發(fā)器出口焓值，kJ/kg；h5-冷凝器出口焓值，kJ/kg；h6-蒸發(fā)器進(jìn)口焓值，kJ/kg。

1.2 噴射器結(jié)構(gòu)

圖3為噴射結(jié)構(gòu)圖和其內(nèi)部熱力過程T-S圖。噴射器主要由噴嘴、吸入室、混合室和擴(kuò)散室等部件構(gòu)成。依據(jù)文獻(xiàn)[4]有以下假設(shè)：（1）噴射器內(nèi)為一維穩(wěn)態(tài)流動；（2）工作蒸汽和引射蒸汽均為飽和蒸汽，且它們的動能忽略不計(jì)；（3）工作蒸汽和引射蒸汽在混合室內(nèi)等壓混合；（4）擴(kuò)壓室內(nèi)的流體的流動過程近似為等熵過程，不可逆因素可由系數(shù)修正；（5）蒸汽通過噴射器的時(shí)間很短，與外界的熱交換可忽略不計(jì)，因此可認(rèn)為噴射器絕熱；（6）截面2-2為“假想喉部“位置。

2 確定太陽能噴射制冷系統(tǒng)的性能

文章研究實(shí)際氣體的性質(zhì)，為了確定其熱力參數(shù)需建立實(shí)際氣體的狀態(tài)方程，從而計(jì)算過程中的不可逆損失，即得到工作噴嘴和引射噴嘴實(shí)際過程中的熵變。對以R134a作為制冷劑的太陽能噴射制冷系統(tǒng)的運(yùn)行效果進(jìn)行計(jì)算，設(shè)定以下假設(shè)條件：（1）冷凝器進(jìn)出口的制冷劑呈飽和液體狀態(tài)；（2）蒸發(fā)器和發(fā)生器出口的制冷劑呈飽和蒸汽狀態(tài)；（3）膨脹閥內(nèi)的節(jié)流降壓過程為等焓過程；（4）所有換熱過程均無熱量損失。

設(shè)置計(jì)算條件：冷凝溫度為35℃，發(fā)生溫度為95℃。