蒸汽壓縮制冷循環(huán)中噴射節(jié)流裝置
——射流泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

張吉廷 張林

1.江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南京 211170；2. 上海

蒸汽壓縮制冷循環(huán)中噴射節(jié)流裝置
——射流泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

張吉廷1張林2

1.江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南京 211170；2. 上海

本文基于射流泵基本理論，打破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)理念，著重對(duì)壓縮噴射式制冷系統(tǒng)中的主要部件——射流泵進(jìn)行了分析研究.通過射流泵的對(duì)比理論分析表明，采用射流泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以使制冷系統(tǒng)能耗減少量可達(dá)10%以上。表明對(duì)噴射泵進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以提高泵的工作效率，降低循環(huán)裝置能量消耗量。這不僅為今后液氣-氣射流泵的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)提供了理論指導(dǎo)，而且會(huì)帶來較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

射流泵；優(yōu)化設(shè)計(jì)；噴射系數(shù)；橫截面；軸向尺寸

1.前言

隨著制冷技術(shù)應(yīng)用的日益普遍化以及能源的短缺化，人們對(duì)制冷技術(shù)的節(jié)能要求也越來越高。眾所周知，在蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)中，從冷凝器出來的高壓制冷劑通過節(jié)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(huán)系統(tǒng)以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可回收一般節(jié)流裝置所引起的節(jié)流損失而逐漸受到關(guān)注。

隨著國(guó)家能源供應(yīng)供需矛盾的加劇，如何針對(duì)不同的應(yīng)用環(huán)境，設(shè)計(jì)開發(fā)出相應(yīng)的高效率的噴射泵，最大限度地減小能量損失，以節(jié)約能源和降低生產(chǎn)成木，這一課題需要切實(shí)得到解決。本文基于噴射泵理論，通過推導(dǎo)方程，建立目標(biāo)函數(shù)方程，應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行射流泵的設(shè)計(jì)，以期提高液氣混合型射流泵效率，提高制冷循環(huán)的綜合性能。

2.優(yōu)化措施分析

在普通蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)中，通過引入射流泵取代節(jié)流閥而構(gòu)成的壓縮噴射式制冷系統(tǒng)，以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、可回收部分節(jié)流閥造成的截流能量損失而受到人們的關(guān)注。本論文概述了壓縮噴射式制冷系統(tǒng)，對(duì)循環(huán)裝置的主要部件——液氣-氣射流泵的性能及優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，得出如下結(jié)論：

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

（2）在噴嘴中，制冷劑兩相區(qū)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(huán)的噴射器噴嘴一般為漸縮漸擴(kuò)型噴嘴，噴嘴的臨界截面直徑和出口截面直徑的設(shè)計(jì)與制冷工況有關(guān)，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(fā)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(jì)算噴射系數(shù)的情況下，當(dāng)自由流束的終截面與混合室的入口截面相等時(shí)，此時(shí)就是噴嘴距離混合室的最適宜的距離。它主要取決于參數(shù)lc1（自由流束的長(zhǎng)度）以及參數(shù)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(yīng)該取lc=lc1，而且在這種情況下，取lc稍稍小于lc1不會(huì)嚴(yán)重地影響噴射泵的工作，只相當(dāng)于縮短了混合室的工作長(zhǎng)度，因?yàn)樽杂闪魇L(zhǎng)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(yán)重惡化。將它移離混合室會(huì)導(dǎo)致增加自由流束的長(zhǎng)度，這樣就會(huì)增加自由流束的終截面面積，因?yàn)樽杂闪魇踔羶?nèi)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(yīng)該從混合室倒流到接受室去，在混合室入口段將產(chǎn)生倒流和與倒流相聯(lián)系的噴射泵內(nèi)的附加損失。

（4）引射流體的工作條件一定時(shí)，要滿足某極限噴射系數(shù)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(shí)，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(shí)，噴射器出口壓力越高，極限噴射系數(shù)就越小。

3. 展望

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)模式由粗獷型向集約型的轉(zhuǎn)變，節(jié)能已經(jīng)成為一個(gè)全民話題。鑒于壓縮噴射制冷循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，在今后必定會(huì)得到較大的發(fā)展空間。射流泵是壓縮噴射制冷循環(huán)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其噴射效率對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能影響很大。所以，對(duì)壓縮噴射制冷循環(huán)性能研究的重點(diǎn)仍將放在射流泵的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)上。在本文的研究工作基礎(chǔ)上，今后可以開展進(jìn)一步的研究工作：

（1）研制和采用先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備，深入研究噴射器內(nèi)部各種流動(dòng)參數(shù)（壓力、溫度、速度、流場(chǎng)）的變化規(guī)律，建立完善與合理的物理數(shù)學(xué)模型，特別是對(duì)兩相流噴射器提出更合理的設(shè)計(jì)方法。

（2）研究射流泵內(nèi)部各種流動(dòng)參數(shù)(壓力、流速和濃度等)的變化規(guī)律，建立更加完善合理的物理數(shù)學(xué)模型，提出更合理的設(shè)計(jì)方法。

（3）研究射流泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)匹配，進(jìn)一步提高泵效率，使噴射泵系統(tǒng)工作性能達(dá)到最優(yōu)。提高射流泵及噴射器產(chǎn)品的質(zhì)量，改進(jìn)加工工藝，逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，以加速它的推廣應(yīng)用。

[1]張林.蒸汽壓縮制冷循環(huán)中噴射節(jié)流裝置的理論研究.上海海事大學(xué).2007年碩士畢業(yè)論文

[2]李龍華，洪超.提高射流泵效率的研究.水利水電技術(shù).1998年03期

[3]喻健良，郭雪華，胡曉石.液—液氣射流泵的實(shí)驗(yàn)研究.化學(xué)工業(yè)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(yè)技術(shù)學(xué)院（211170），助教，研究方向：輪機(jī)工程。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.113