全天候太阳能喷射—变速压缩复迭式制冷系统特性研究及优化

【摘要】： 开发清洁的太阳能是解决能源、环境问题的根本途径之一。本文建立了全天候太阳能喷射-变速压缩复迭式制冷系统及其主要构件性能计算模型,建立了制冷用集热器实验台、喷射器性能实验台、全天候太阳能喷射-变速压缩复迭式制冷系统实验台。通过理论计算与实验研究得到如下结论。 (1)提出了全天候太阳能喷射-变速压缩复迭式制冷方式,该系统比太阳能增压制冷系统全天候节能约51%;在同样工况下,机械性能系数比压缩制冷系统大约45%~60%;可达到稳定的冷凝压力比喷射制冷系统增加约28.6%,热性能系数增加约105%。 (2)建立了太阳能喷射-变速压缩复迭式制冷系统理论与实验模型。研究结果表明:太阳辐照度增大导致发生压力升高但低于设计发生压力时,复迭式制冷系统的热性能系数及机械性能系数均增大;而发生压力高于设计值后,热性能系数随发生压力升高而变小,机械性能系数基本不变。在设计冷凝压力范围内,机械性能系数、热性能系数不随冷凝压力而改变;超出该压力范围后,两性能系数均随冷凝压力升高而降低。随着蒸发压力的升高,热性能系数及机械性能系数均随之增大。随着压缩机转速的增大,热性能系数随之增大,而机械性能系数随之减小。系统各装置中,集热器火用损失最大,其次是冷凝器和喷射器。 (3)建立了喷射器的实际气体二维CFD模型。喷射器喷射系数随着压缩比的减小而增大,在该特性基础上提出了热性能系数较高的喷射-压缩复迭式制冷系统。模型计算所得到的马赫数云图可以更好的研究激波变化及回流现象。 (4)建立了制冷用集热器性能模型。集热温度较高时,集热器热损系数的计算应考虑温度影响。从热性能模拟计算结果看,制冷用热管真空管集热器较佳。集热温度的选取应同时考虑喷射-压缩复迭式制冷系统效率与集热器效率。 (5)建立了集热器间歇运行方式下的储热器动态分布参数模型。对于太阳能喷射-变速压缩制冷系统,储热器是系统稳定工作的保证。集热器面积及储热器容积的设计应以满足夏季典型日太阳能系统运行时段对应的制冷空调负荷为准。储热器大小应适当,对于文中系统,在太原气象条件下,以1.2m3为宜。 【关键词】：全天候 太阳能 喷射-变速压缩 复迭式 制冷
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TB65
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 引言10-12
• 1.2 全天候太阳能喷射-变速压缩复迭式制冷循环概述12-14
• 1.3 全天候太阳能喷射-变速压缩复迭式制冷的研究状况14-20
• 1.3.1 太阳能喷射制冷系统研究进展14-17
• 1.3.2 太阳能喷射-变速压缩复迭式制冷关键部件研究进展17-20
• 1.3.3 太阳能喷射-变速压缩复迭式制冷系统的制冷工质20
• 1.4 本文的主要研究内容20-22
• 第二章 太阳能集热器模拟及系统集热方式优化22-42
• 2.1 集热器夏季太阳能利用系数的概念22-23
• 2.2 瞬时太阳辐射计算23-24
• 2.3 太阳能集热器热性能模型24-38
• 2.3.1 平板集热器效率计算模型24-31
• 2.3.2 全玻璃真空管集热器热性能模型31-34
• 2.3.3 热管真空管集热器热性能模型34-38
• 2.4 太阳能制冷用集热器适用性分析38-40
• 2.4.1 集热温度对太阳能集热系统的影响38-39
• 2.4.2 太阳能热制冷用集热器适用性分析39-40
• 2.5 小结40-42
• 第三章 太阳能储热器模拟及其对系统性能的影响42-50
• 3.1 储热器性能计算模型42-46
• 3.2 储热器对系统性能的影响46-49
• 3.3 小结49-50
• 第四章 制冷用喷射器模拟及特性分析50-70
• 4.1 制冷用喷射器适用性分析50-51
• 4.2 制冷用喷射器性能 CFD 模型51-58
• 4.2.1 二维基本方程组的建立52-56
• 4.2.2 近壁面区域壁面函数法56-57
• 4.2.3 边界处理及网格划分57-58
• 4.3 CFD 模拟结果及分析58-68
• 4.3.1 进出口流体压力对喷射器性能的影响58-66
• 4.3.2 喷嘴出口与混合室间距的影响66-67
• 4.3.3 混合室与喷嘴喉部面积比的影响67-68
• 4.4 小结68-70
• 第五章 太阳能喷射-变速压缩复迭式制冷系统模拟分析70-90
• 5.1 喷射-变速压缩复迭式制冷系统性能模拟70-77
• 5.1.1 系统用喷射器模型72-74
• 5.1.2 太阳能驱动系统制冷工况模型74-76
• 5.1.3 电力驱动系统制冷工况模型76-77
• 5.2 太阳能喷射-变速压缩复迭式制冷系统性能分析77-82
• 5.2.1 太阳能喷射-变速压缩复迭式制冷与电压缩制冷对比分析77-78
• 5.2.2 太阳能喷射-变速压缩复迭式制冷与喷射制冷对比分析78-80
• 5.2.3 太阳能喷射-变速压缩复迭式制冷与增压喷射制冷对比分析80-82
• 5.3 太阳能喷射-压缩复迭式制冷系统的火用分析82-88
• 5.3.1 火用损失82-83
• 5.3.2 太阳能喷射-压缩复迭式制冷系统各部件火用损失计算83-86
• 5.3.3 系统火用分析86-88
• 5.4 小结88-90
• 第六章 太阳能喷射-变速压缩复迭式制冷系统的实验研究90-110
• 6.1 制冷用太阳能集热器性能试验90-93
• 6.1.1 制冷用太阳能集热器热性能实验台90-92
• 6.1.2 制冷用太阳能集热器热性能实验研究92-93
• 6.2 喷射器性能实验研究93-98
• 6.2.1 喷射器性能实验台93-95
• 6.2.2 喷射器性能实验研究95-98
• 6.3 太阳能喷射-变速压缩复迭式制冷系统实验研究98-108
• 6.3.1 太阳能喷射-变速压缩复迭式制冷系统实验台98-100
• 6.3.2 喷射-变速压缩复迭式制冷系统变工况实验特性100-105
• 6.3.3 系统变转速特性105-107
• 6.3.4 喷射-变速压缩制冷系统与相关系统的实验对比107-108
• 6.4 小结108-110
• 第七章 结论与建议110-114
• 7.1 主要结论及创新点110-112
• 7.2 存在问题与建议112-114
• 参考文献114-121
• 致谢121-122
• 发表论文、科研及获奖情况说明122-123

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