跨临界二氧化碳蒸汽压缩喷射循环的热力学分析

1、专题研讨跨临界二氧化碳蒸汽压缩喷射循环的热力学分析李涛，李强，阚杰，郝亮，袁秀玲（西安交通大学能源与动力工程学院，陕西西安）摘要：利用热力学第二定律的火用分析法，对跨临界二氧化碳蒸汽压缩进行了仿真和分析。结果表明，放热压力存在最优值，升高气体冷却器出口温度和蒸发温度会降低系统火用效率；相对于简化循环，降低放热压力和蒸发温度能够增大系统火用效率的提高程度，而升高气体冷却器出口温度时，系统火用效率的提高程度将先增大，然后迅速减小。关键词：二氧化碳；跨临界；喷射；吸引流；驱动流；火用中图分类号：文献标识码：文章编号：（）引言氟利昂工质的替代是环保中的重要问题。近年来，汽（状态点）流入吸引流喷嘴。然后

2、，驱动流和吸引流在混和段混合，再经扩压段变为低速高压流体（状态点）排出。喷射器出口的制冷剂为气液两相混合物，通过气液分离器分为两路，一路是饱和蒸汽（状态点），经一段管路过热后进入压缩机，被压缩后排入气体冷却器冷却，然后作为驱动流供给到喷射器；另一路是饱和液体（状态点），经节流后流入蒸发器，然后作为吸引流进入喷射器。该循环与一般压缩制冷循环相比实际上只增加了一个喷射器。喷射器的作用是：）回收一部分膨胀过程的动能，利用它提高压缩机入口压力，降低压比，从而节省压缩机输入功；）通过降低膨胀阀的入口压力来降低膨胀过程的节流损失。气体冷却器压缩机驱动流喷射器吸引流蒸发器图蒸汽压缩喷射循环工作原理图汽液分离

3、器节流阀系统的研究正逐渐成为国内外研究的热点。跨临界自然工质的使用正重新受到重视，其中对跨临界系统的高压侧压力在左右，低压侧压力在大。因此，如何减少节流损失，成为提高跨临界系统性能的关键。目前提出的解决方案主要有膨胀机和喷射器，通过节流元件的压差约达，节流损失极两种。膨胀机是通过与压缩机相连的轴来助推压缩机，以回收膨胀能，因此它同压缩机的体积流量很难独立控制，并且其成本较高，一般用于大型制冷系统。喷射器是一种非容积型的节流机构，它将驱动流的膨胀能转换成动能，再将动能转换成制冷剂的加压能回收。与膨胀机相比，它具有结构简单、成本低、无运动部件、冷媒流量容易控制等优点。本文利用热力学第二定律的火用分

4、析法，对跨临界二氧化碳蒸汽压缩喷射制冷循环系统进行了仿真和分析，并讨论了放热压力、气体冷却器出口温度及蒸发温度等因素对系统火用效率的影响。工作原理图为蒸汽压缩喷射循环的工作原理图，图为蒸汽压缩喷射循环的图，超临界经过气体冷却器冷却后流入驱动流喷嘴（状态点），变为低压高速流体（状态点），从而吸引蒸发器中的低压冷媒蒸总第期第专题研讨（）扩压段浊（，）（，）（，），（）系统各部件火用损失压缩机：仔栽（）苑愿越园气体冷却器：仔（）（）越节流阀：仔（）伊越喷射器：仔（）（）伊越（）伊图蒸汽压缩喷射循环压焓图蒸发器：仔（忆）（）越浊（仔仔）（）苑愿仔仔仔式中比熵，（）；比焓，；压力，；浊驱动流膨胀效率；系

5、统火用效率：系统分析喷嘴数学模型模型假设理论模型，需作以下假设：为了简化跨临界蒸汽压缩喷射制冷循环的（）忽略气体冷却器、蒸发器及连接管路中的压降；（）除了气体冷却器，忽略系统对环境的放热；（）制冷剂在节流阀中的节流是等焓过程；（）喷射器中制冷剂流动为一维稳定流动；（）压缩机绝热效率、驱动流和吸引流膨胀效率、扩压段效率为定值。计算公式为了分析方便，假设驱动流质量流量为，吸引流质量流量为。喷射器各段中制冷剂状态按以下公式计算：（）驱动流喷嘴，）（，浊，比容，；速度，；浊扩压段效率；浊吸引流膨胀效率；吸引流质量流量分率；籽密度，；干度；截面面积，；仔火用损失，；下标等熵过程。忆被冷却物质的温度，；环

6、境温度，；（）吸引流喷嘴，（）混和段姨（，）计算结果讨论系统稳定运行时，驱动流流量同扩压段出口蒸汽，）（，姨（，）浊，流流量必然相等，即（）。下面通过改变运行工温度及蒸发温度等因素对系统火用效率的影响。放热压力对系统火用效率的影响况，分析系统稳定运行时，放热压力、气体冷却器出口（）（）（）（）蔀由图、图可知，随着放热压力的升高，蒸汽压缩喷射循环和简单循环的系统火用效率浊先升高再降提高程度（浊）浊对于简单循环和浊变小。因此，低，但蒸汽压缩喷射循环相对简单循环系统火用效率的蔀蒸汽压缩喷射循环，放热压力都存在一个最优值，并且喷射器在放热压力较低的场合能发挥较大的效果。期第卷专题研讨蒸汽压缩简单循环喷

7、射循环气体冷却器出口温度对系统火用效率的影响由图、图可知，随着气体冷却器出口温度的升高，蒸汽压缩喷射循环和简单循环的火用效率浊都降提高程度（浊）浊然后迅速减小。因浊先增大，低，但蒸汽压缩喷射循环相对简单循环系统火用效率的此，降低气体冷却器出口温度可以提高简单循环和蒸汽压缩喷射循环的系统性能，并且喷射器在气体冷却器出口温度较高的场合能发挥较大的效果，但出口温放热压力图放热压力对系统火用效率的影响度不能过高。蒸发温度对系统火用效率的影响由图、图可知，随着蒸发温度升高，蒸汽压缩喷射循环和简单循环系统的火用效率浊都降低，而且蒸汽压缩喷射循环相对简单循环系统火用效率的提高程度（浊）浊喷射器在低温的冷水浊

8、变小。因此，机或冰蓄冷场合能发挥较大的效果。蒸汽压缩喷射循环简单循环放热压力图放热压力对火用效率提高程度的影响蒸汽压缩喷射循环简单循环蒸发温度图蒸发温度对系统火用效率的影响气体冷却器出口温度图气体冷却器出口温度对系统火用效率的影响蒸发温度图蒸发温度对系统火用效率提高程度的影响气体冷却器出口温度图气体冷却器出口温度对火用效率提高程度的影响结语本文利用热力学第二定律的火用分析法，对跨临界二氧化碳蒸汽压缩喷射制冷循环系统进行了仿真和总第期第专题研讨，（）：刘军朴，陈江平跨临界二氧化碳蒸汽压缩喷射制冷循环上海交通大学学报，（），：，域：，分析，讨论了放热压力、气体冷却器出口温度及蒸发温度等因素对系统性能的影响。结果表明，随着放热压力的升高，蒸汽压缩喷射循环和简单循环系统的火用效率先升高再降低，但前者相对后者的火用效率的提高程度变小；随着气体冷却器出口温度的升高，蒸汽压缩喷射循环和简单循环的火用效率降低，但前者相对后者的火用效率的提高程度先增大，然后迅速减小；随着蒸发温度升高，蒸汽压缩喷射循环和简单循环系统的火用效率都降低，但前者相对后者的火用效率的提高程度变小了。参考文献：，收稿日期：修回日期：（，），；，：；作者简介：李涛（），男，安徽寿县人，硕士研究生；李强（），男，陕西绥德人，硕士研究生。（上接第页）参考文献：上海大金空调有限公司智能化中央空调系统技术资