直接蒸发式太阳能喷射制冷系统的模拟分析与研究

【摘要】：随着全球范围内能耗的增加和空气的污染,能源和环境问题引起广泛的公众关注。考虑到诸多因素,开发和利用太阳能是解决能源与环境问题最有效的方法之一,对于节能与环保的太阳能喷射制冷系统的研究已逐步成为热点。本课题通过数值模拟与实验相结合的方法,对直接蒸发式太阳能喷射制冷系统进行了研究。系统省却了传统太阳能制冷系统的发生器,制冷剂在集热发生器内直接吸热蒸发,不仅为喷射器提供动力,还减少了中间换热设备。用喷射器代替传统制冷系统的压缩机,系统结构简单、运行维护费用低。首先对直接蒸发式太阳能喷射制冷系统进行了热力学分析,然后分别针对太阳能集热发生器、喷射器、蒸发器、冷凝器、膨胀阀和循环泵建立了数学模型,主要对太阳能集热发生器和喷射器进行了设计计算。再次基于相变理论,太阳辐照度为800W/m2、进口速度0.047m/s、出口压力2.65MPa工况下,对集热发生器进行数值模拟,研究管内制冷剂的相变情况,分别得到了管内含气率和管壁温度的变化趋势,不同管截面上的温度变化情况。基于气体动力学理论,发生温度80℃、蒸发温度5℃、冷凝温度36℃工况下,确定了喷射器的结构参数。通过数值模拟得到了喷射器内流体的速度、压力、温度的变化规律,模拟表明在喷嘴出口和混合室圆柱段截面处有激波产生,会引起此处速度降低,压力和温度提高,同时也分析了结构参数和运行参数对喷射制冷系统性能的影响。结果显示,工作压力2.65MPa、蒸发温度5℃、冷凝温度36℃时,喷射器的喷嘴距0mm,混合室圆柱段直径10mm的喷射器性能最好,喷射系数能达0.32,系统COP达0.36。最后基于R134a搭建直接蒸发式太阳能喷射制冷系统实验台,并安装了温度和压力传感器,结合数据采集系统,实现了系统的自动化测试。 【关键词】：太阳能喷射制冷 平板集热发生器 喷射器 数学模型 数值模拟
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB65
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 太阳能喷射制冷系统的发展12-15
• 1.3 国内外研究进展15-21
• 1.3.1 集热器的研究15-17
• 1.3.2 喷射器的研究17-19
• 1.3.3 制冷剂的研究19-20
• 1.3.4 运行参数的研究20-21
• 1.4 本课题主要研究内容21
• 1.5 项目资助21-22
• 1.6 本章小结22-23
• 第2章 直接蒸发式太阳能喷射制冷系统的理论分析23-38
• 2.1 系统理论循环分析23-24
• 2.2 系统热力学分析24-26
• 2.3 集热发生器的理论分析26-31
• 2.3.1 集热发生器构造26-28
• 2.3.2 工作原理28-29
• 2.3.3 性能指标29-31
• 2.4 喷射器的理论分析31-35
• 2.4.1 工作原理31-33
• 2.4.2 运行参数33-34
• 2.4.3 性能指标34-35
• 2.5 制冷剂的选择35-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第3章 直接蒸发式太阳能喷射制冷系统的建模与设计计算38-50
• 3.1 系统数学模型的建立38-44
• 3.1.1 太阳能集热发生器的数学模型38-39
• 3.1.2 喷射器的数学模型39-41
• 3.1.3 蒸发器的数学模型41-42
• 3.1.4 冷凝器的数学模型42-43
• 3.1.5 膨胀阀的数学模型43-44
• 3.1.6 循环泵的数学模型44
• 3.2 设计计算44-49
• 3.2.1 太阳能集热发生器的设计计算44-46
• 3.2.2 喷射器的设计计算46-49
• 3.3 本章小结49-50
• 第4章 集热发生器的数值模拟与分析50-62
• 4.1 铜管内相变原理50-51
• 4.2 集热发生器的CFD研究51-55
• 4.2.1 多相流模型的选择51-52
• 4.2.2 UDF编译52-53
• 4.2.3 求解器的选择53
• 4.2.4 混合模型的控制方程53-54
• 4.2.5 湍流模型的选择54-55
• 4.3 集热发生器数值模拟55-57
• 4.3.1 几何模型的建立55-56
• 4.3.2 网格的划分56
• 4.3.3 边界条件的设置56-57
• 4.3.4 物性参数的设定57
• 4.3.5 流场的求解57
• 4.4 模拟结果与分析57-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第5章 喷射器的数值模拟与分析62-80
• 5.1 喷射器内部流动过程62-63
• 5.2 喷射器的CFD研究63-64
• 5.2.1 控制方程的离散63-64
• 5.2.2 湍流模型64
• 5.2.3 求解器的选择64
• 5.3 喷射器数值模拟64-67
• 5.3.1 几何模型的建立64-65
• 5.3.2 网格的划分65-66
• 5.3.3 边界条件的设置66
• 5.3.4 物性参数的设定66
• 5.3.5 流场的求解66-67
• 5.4 模拟结果与分析67-71
• 5.4.1 残差分析67-68
• 5.4.2 喷射器内部流场分析68-71
• 5.5 喷射器的性能研究71-78
• 5.5.1 结构参数对喷射器的影响71-74
• 5.5.2 运行参数对喷射器的影响74-78
• 5.6 本章小结78-80
• 第6章 直接蒸发式太阳能喷射制冷系统实验台的搭建80-86
• 6.1 实验装置简介80-83
• 6.2 实验操作过程83-84
• 6.3 实验数据处理84
• 6.4 实验误差分析84-85
• 6.5 本章小结85-86
• 结论与展望86-88
• 结论86-87
• 展望87-88
• 致谢88-89
• 参考文献89-94
• 作者简介94
• 攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果94-95

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