R134a太陽能噴射制冷系統的熱力計算

摘 要：文章主要對R134a太陽能噴射制冷系統進行氣體的熱力計算，采用熱力學方程計算實際過程的熵變，研究噴射系數？滋以及性能系數COP隨蒸發溫度的變化趨勢。結果表明噴射系數和性能系數均隨著蒸發溫度的升高而增加。

關鍵詞：太陽能；噴射制冷系統；熱力學；COP

引言

隨著人民生活水平的不斷提高，空調能耗在不斷的增加。在我國，制冷空調耗電量約占總耗電的20%[1]。能源供應的日趨緊張及人們對室內熱環境、室內空氣品質的要求愈來愈高，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動能源的制冷系統得到了廣泛的發展，尤其是太陽能噴射式制冷系統。文章利用熱力學方程對太陽能噴射制冷系統進行分析，以R134a作為太陽能噴射制冷系統的制冷劑，研究實際氣體的熱力學過程，確定噴射系數？滋以及性能系數COP隨蒸發溫度的變化趨勢，為太陽能噴射制冷系統的計算提供依據。

1 太陽能噴射制冷系統

1.1 熱力學分析

圖1所示為太陽能噴射制冷系統示意圖。系統主要由太陽能集熱器、發生器、噴射器、冷凝器、蒸發器、節流閥、制冷劑泵等幾部分組成。液態制冷劑在發生器中吸收傳熱工質的熱量氣化為高壓氣態制冷劑，經過噴射器的噴嘴進行絕熱膨脹，在混合室內形成一股高速低壓氣流，將蒸發器內的低壓氣態制冷劑吸入噴射器，兩者充分混合經擴壓管減速增壓后進入冷凝器，在冷凝器中定壓放熱凝結為制冷劑液體后，一部分經水泵加壓后回到發生器，另一部分經節流閥節流減壓進入到蒸發器蒸發制冷[2]。

圖2為太陽能噴射制冷系統的p-h圖。過程1-2為制冷劑液體在發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膨脹至蒸發壓力的過程，過程3-e為引射流體在噴射器噴嘴內膨脹至蒸發壓力的過程，過程6-3為制冷劑在蒸發器內汽化為低壓飽和蒸汽的過程，點h表示的是狀態g的工作流體和狀態e的引射流體在噴射器內混合后狀態點，過程h-4為混合流體在噴射器擴散室內升壓的過程，過程4-5為噴射器出口的混合流體經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循環泵升壓的過程，過程5-6為冷凝器出口部分制冷劑經膨脹閥節流減壓的過程[3]。

為了簡化計算對系統分析時假設：工質在管道內的流動過程絕熱，且忽略在管道及換熱器內的流動損失。該循環的性能系數定義為蒸發器的制冷量與發生器的換熱量及循環泵消耗能量之比為

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

1.2 噴射器結構

圖3為噴射結構圖和其內部熱力過程T-S圖。噴射器主要由噴嘴、吸入室、混合室和擴散室等部件構成。依據文獻[4]有以下假設：（1）噴射器內為一維穩態流動；（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；（3）工作蒸汽和引射蒸汽在混合室內等壓混合；（4）擴壓室內的流體的流動過程近似為等熵過程，不可逆因素可由系數修正；（5）蒸汽通過噴射器的時間很短，與外界的熱交換可忽略不計，因此可認為噴射器絕熱；（6）截面2-2為“假想喉部“位置。

2 確定太陽能噴射制冷系統的性能

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

設置計算條件：冷凝溫度為35℃，發生溫度為95℃。