（制冷及低温工程专业论文）喷射式热泵与溴化锂吸收式制冷复合循环.pdf

东南大学硕士学位论文 摘要 随着人们对环境保护意识的增强，全球气候变暖和臭氧层破坏越来越受到重 视。溴化锂吸收式制冷对于能源综合利用，保护大气环境都有极其重要的意义。 但目前的溴化锂吸收式制冷循环并不尽人意。主要因单效的c o p 太低，取效吸 收式制冷机尽管比单效有高的多的效率，但它的初投资高出单效的约1 5 倍，在 高温高压下易结晶，使循环受到一定的影响。能否有一种基于溴化锂制冷循环的 新型制冷循环，它既有双效的高效率，又保持了单效初投资少的优点。 本文在参考i n s t i t u t eo fb u i l d i n gt e c t m o l o g y , d e p a m n e n to fa r c h i t e c u r ea n d b u i l d i n gt e c h n o l o g y , u n i v e r s i t yo f n o t t i n g h a m 的s w u ，i w e a m e s 等人的相关研究 内容基础上，探讨了喷射式热泵与单效溴化锂吸收式制冷复合的可行性，并进行 了优化改进。在这个循环中，蒸汽发生器、喷射器和发生器代替了传统双效吸收 式制冷的高压发生器和低压发生器。喷射器在此作为热泵，将发生器产生的一部 份二次蒸汽升压后，再作为发生器的热源，以此提高能源的利用率。 本文对这种新型循环进行理论上定性和定量分析：建立数学模型，合理地选 用工质( 溴化锂溶液，水和水蒸汽) 的状态方程，运用解析的方法，以求得循环 中各环节的热力参数，溴化锂水溶液的状态方程选用p a t t e r s o n ( 1 9 9 8 ) 根据m c n e e y 数据拟合回归的p a t t e r s o n 方程，该状态方程的使用范围0 7 0 ，o o c t 1 8 0 。c ，其中焓值基准与查表值所采用的基准不同，它们的计算起点有较大的偏差， 需进行校准修正，水和水蒸汽的状态方程采用一种适合热能转换过程中水和水蒸 气性质计算的实用模型一前苏联热工研究所所提供的计算模型( 简记为b t 模 型) ，喷射式热泵的计算模型采用前苏联e 月c o koob 出版的喷射器 一书中阐述的计算喷射器的理论和方法，并以其推算出本复合循环的双级喷射器 计算模型，通过计算机运用v b 语言对该系统进行模拟理论计算和优化以解决 c o p 过小的问题，使c o p 达到1 0 左右。本文所研究的内容为这种新型制冷循 环及类似循环的研究提供一定的理论指导。 关键词：溴化锂吸收式制冷 喷射器喷射系数制冷系数 东南犬学硕士学位论文 a b s t r a c t g l o b a lw a r m i n ga n ds t r a t o s p h e r i co z o n ed e p l e t i o na r ei n c r e a s i n g l yr e c o g n i z e da s t w oc o e x i s t e n t ，p a r t l y - r e l a t e dp r o c e s s e st h r e a t e n i n gt ou p s e tt h ee c o l o g i c a ls u p p o r t s y s t e mo ft h ee a r t h l i t h i u mb r o m i d ea b s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o nf l a r ) i sm o r e a v a i l a b l ei nu s i n ge n e r g ys o u r c ea n dd e c r e a s i n gt h eg l o b a lw a r m i n ga n ds t r a t o s p h e r i c o z o n ed e p l e t i o nt h a no t h e rm e t h o do fr e f r i g e r a t i o n t o d a yt h el a ri sn o ts a t i s f i e d t h ec o e f f i c i e n to fp e r f o n n a n c e ( c o p ) a n dc o o l i n go u t p u to fad o u b l e e f f e c tm a c h i n e i sg r e a t e rt h a nt h e mo fas i n g l e e f f e c tm a c h i n e b u tt h ee q u i p m e n to fad o u b l e e f 诧c t m a c h i n ei sq u i t ec o m p l i c a t e da n di t si n i t i a lc o s ti sa l m o s t1 5t i m e st h a nt h a to fa s i n g l e - e f f e c t m a c h i n e u n d e rh i g ht e m p e r a t u r ea n dh i g hp r e s st h es v s t e mo fa d o u b l e e f f e c tm a c h i n ei se a s yc r y s t a l e d b u s e do nt h es t u d yo fs w u i w f a m e se t c f r o n li n s t i t u t eo fb u i l d i n gt e c h n o l o g y ，d e p a r t m e n to fa r c h i t e c u r ea n db u i l d i n g t e c h n o l o g y , u n i v e r s i t yo fn o t t i n g h a m ，t h i sp a p e rp r o b e si n t ot h ef e a s i b i l i t yo fa e j e c t o rb o o s t e ds i n g l e e f f e c tb r o m i d ea b s o r p t i o nr e 衔g e r a t i o nc y c l ea n do p t i m i z e s i t t h i sp a d e rr e p o r t so nan o v e le j e c t o rb o o s t e ds i n g l e - e f f e c tb r o m i d ea b s o r p t i o n r e f r i g e r a t i o nc y c l e ，i nt h i sc y c l e ，as t e a mg e n e r a t o r ，e j e c t o ra n dac o n c e n t r a t o rr e p l a c e t h eh i g ha n dl o wp r e s s u r eg e n e r a t o r su s e di nc o n v e n t i o n a ld o u b l e e 毹c ta b s o r p t i o n c y c l em a c h i n e ，t or e c o n c e n t r a t et h ea b s o r b e n ts o l u t i o n t h ee j e c t o rh e r ea c t sl i k ea h e a t p u m pt oe n h a n c et h ec o n c e n t r a t i o np r o c e s sb yi n c r e a s i n gt h ef l o wo fl e a v i n g v a d o u ra n d b yi n c r e a s i n gt h eq u a n t i t yo f h e a ti n p u ta tt h ec o n c e n t r a t o r i nt h i sn o v e l c y c l e t h ee j e c t o r e n t r a i n m e n tr a t i o s i g n i f i c a n t l y a f f e c t sc o p t h e r e f o r e i ti s i m p o r t a n tt oi m p r o v et h ee j e c t o re n t r a l n m e n tr a t i o w h e nt h eh i g h s t e a m sp r e s s u r ei sc o n s t a n t t h ee j e c t o re l l t r a i n r n e n tr a t i oi sb e c o m i n gs m a l l e rw i t h t h ep r e s s u r er a t i ob e c o m i n g h i g h e r t h ee j e c t o re n t r a i n m e n tr a t i oi sa l m o s tz e r ow h i l e t h ep r e s s u r er a t i oi sh i g h e rt h a n9 0 na c c o u n tt h a tt h er a t i ob e t w e e nt h ep r e s s u r eo f s t e a mi nc o n c e n t r a t o ra n dt h eb a c kp r e s s u r eo fe j e c t o ri s h i g h e rt h a n9a n dt h e e n t r a i n m e n tr a t i oo f s i n g l e s t e pe j e c t o ri sa l m o s tz e r o c o pi sb ea p p r o x i m a t et o0 9 b a s e do nt h ef a c t sm e n t i o n e da b o v e t h i s p a p e rb r i n g sf o r w a r d 山ep r e c e p to f d o u b l e s t e pe j e c t o r 幻i m p r o v ec o p t h i sp a p e rc h o o s e st h ea v a i l a b l e p r o p e t t yf o r m u l aa n ds o f t w a r e ，p r o g r a m m e s s i n g l e - e f f e c t b r o m i d e a b s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o nc y c l e ，s i n g l e s t e pe j e c t o r b o o s t e d s i n g l e e f f e c tb r o m i d ea b s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o nc y c l ea n dd o u b l e s t e pe j e c t o rb o o s t e d s i n g l e e f f e c t b r o m i d e a b s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o nc y c l e i t i su s e f u lt o i m p r o v e c a l c u l a t i o n p r e c i s i o nt h a tu s i n gc o m p u t e rr e p l a c e sc h e c k i n gc h a r t sa n dt a b l e s t h ea n a l y s ei nq u a l i t ya n d q u a n t i t ya b o u tt h en o v e lc y c l ei sp r e s e n t e di no r d e rt o p r o v et h e o r e t i e sd i r e c t i o nf o ra n a l o g yr e f r i g e r a t i o nc y c l e k e yw o r d s ：l i t h i u mb r o m i d e ，a b s o r p t i o n ，r e f r i g e r a t i o n ， e j e c t o le j e c t o re n t r a i n m e n tr a t i o ，c o p 东南大学学位论文 独创性申明及使用授权的说明 一、学位论文独创性申明 ys 6 l z 2 l 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导f 进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同l t - 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 签名： 鲨日期：互。至：立竺 二、 关于学位论文使用权限的说明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸 质论文的内容一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 签名：二孝! 三至二二导师签名：二季兰血日期：业 东南大学硕士学位论文 焓值k j 埏k ； 附加误差； 压力p 。； 质量流量k g s ； 单位热负荷k j 昭； 压降p 。； 音速m s ； 绝热指数； 相对压力； 折算质量速度； 常用符号表 i i i t 温度 。c ；质量浓度； v比容m3 培： q 制冷量k j ； f循环倍率； w速度m s ； 五折算等熵速度 t 相对温度； 相对密度； u 喷射系数： h 6 p d 吼 a k 丌 q 东南入学硕 学位论文纂一章绪论 第一章绪论 1 1 吸收式制冷技术及其发展 吸收式制冷机是一种以热能为动力的制冷机。它以热能驱动方式工作，采用 二元或多元溶液作为工质对。以工质对的低沸点组分，即制冷剂的蒸发和冷凝， 实现制冷和热量的转移；以工质对的高沸点组分，即吸收剂对低沸点制冷剂的吸 收和解吸完成制冷循环l q 3 儿4 1 。 它的原理早在十八世纪七十年代就为人们所发现。到十九世纪五十年代试制 成第一台氨水吸收式制冷机，并在工业生产中得到应用。在吸收式制冷机发展的 早期，氨水吸收式制冷机起重要的作用。但由于设备比较复杂，热效率低，加之 当时正值机械制造业蓬勃发展，1 8 7 5 年出现了氨蒸汽压缩式制冷机，使吸收式 制冷机在发展中受到了一定的限制 3 1 。 二十世纪三十年代到四十年代，由于科学技术的发展已具有一定水平，吸收 式制冷机再一次获得大的发展，氨水吸收式制冷机由小容量向大容量发展，特别 是发现了水一溴化锂这一较为理想的新工质对，并于1 9 4 5 年试制成功第一台溴 化锂吸收式制冷机1 3 】。 近二十年来，随科学技术的进一步发展，吸收式制冷机在各方面目臻完善。 目前已发展成多种型式，广泛应用于各个领域中。 当前世界各国对能源利用问题，尤其余热利用非常重视，由于吸收式制冷机 具有良好的余热利用能力，从而引起各国能源工作者的关注。随着人们对环境保 护意识的增强，全球气候变暖和臭氧层破坏越来越受到重视，由各国政府缔结的 蒙特利尔协议规定按一定时限减少并禁止使用氯氟烃化合物，迫切要寻找替 代工质“”。吸收式制冷机对于能源综合利用，保护大气环境都有极其重要的意 义。 东南人学硕土学位论文第一章绪论 目前生活中应用广泛的是以水为制冷剂、溴化锂溶液为吸收剂，以制取o 。c 以上冷冻水为目的的溴化锂吸收式制冷机。但溴化锂吸收式制冷机目前还不尽如 人意：单效溴化锂吸收式制冷机结果简单但c o p 过小，而双效溴化锂吸收式制冷 机及其他型式的制冷机的c o p 虽然超过l ，但结构复杂、初投资高。能否设计一 种新型的溴化锂吸收式制冷循环把以上溴化锂吸收式制冷机的优点结合在一起， 即有较高的c o p 又有结构简单的特点【7 j i 】i i ”。这就是本文所论述的重点。 1 2 溴化锂吸收式制冷系统及特点【1 】 1 2 1 综述 在工业生产和生活中，常用的吸收式制冷机有氨水吸收式和溴化锂吸收式两 种。氨水吸收式以氨为制冷剂，水为吸收剂，可用来制取o 。c 以下的低温。但氨 有刺激性气味，对人体有害，且系统热力系数较低，装置复杂，体积庞大，金属 和冷却水的消耗较大，除工业工艺过程外，一般应用较少。目前生活中应用广泛 的是以水为制冷剂、溴化锂为吸收剂，以制取o c 以上冷冻水为目的的溴化锂吸 收式制冷机。 溴化锂吸收式制冷机最早出现在美国，1 9 3 0 年阿克拉公司生产了小型单效 燃气空调机，1 9 4 5 年开利公司试制成了第一台双筒溴化锂吸收式制冷机，1 9 6 1 年斯太哈姆公司制成了第一台双效溴化锂吸收式制冷机。 溴化锂吸收式制冷机在工作过程中，由于溴化锂与水的沸点相差达1 1 6 5 ， 制冷剂与吸收剂分离时无需精馏装置，因而其结构紧凑，同时在o 。c 以上制冷范 围内，其热力系数比氨水吸收式制冷机高，工作压力低，所以在大量节约空调用 电和利用工业余热方面得到推广应用。 i 2 2 溴化锂溶液 溴化锂溶液是由固体的溴化锂溶质溶解在水溶剂中形成的，呈无色透明，无 嗅，有咸苦味，化学稳定性好，价格低廉，汽化潜热大。从其热物理性质看，用 溴化锂溶液作为吸收式制冷机的工质是非常理想的。以下是溴化锂溶液主要的一 些热物理性质： 1 、溶解度 东南大学硕士学位论文第一章绪论 溴化锂极易溶于水，它的溶解度随温度的降低而降低。在常温下溴化锂溶液 的饱和浓度约为6 0 。在一定的温度下当浓度超过饱和浓度或浓度一定温度低于 饱和温度( 结晶温度) 时，溶液会有晶体析出。溴化锂溶液的结晶温度与浓度有 很大关系，当浓度略有差别时，结晶温度相差很大，当质量浓度在6 5 以上时， 这种情况尤为突出，为防止结晶，设计采用的浓度一般不超过6 5 。在溴化锂吸 收式制冷系统设计和运行中，要避免结晶现象的出现，以免影响系统的正常运行。 2 、密度 溴化锂溶液的密度比水大，当温度一定时，密度随浓度的增大而增大：如浓 度一定时，密度随温度的升高而减小。在实际应用中，用密度计和温度计测得溴 化锂溶液的温度和密度可查得溶液的浓度。 3 、比热 溴化锂溶液的比热随温度的升高而增大，随浓度的增大而减小。在溴化锂吸 收式制冷循环实际使用的范围内，溴化锂溶液的比热为1 6 8 2 5 k j k g k ，比水 小得多。这有利于提高吸收式机组的效率。 4 、溶液的水蒸汽分压 澳化锂与冷剂水的沸点相差很大，在常压下，水的沸点是1 0 0 。c ，溴化锂的 沸点是1 2 6 5 c ，两者相差11 6 5 。c ，因此溶液沸腾产生的蒸汽几乎是纯水蒸汽， 这样无需精馏就可以得到纯冷剂蒸汽。溴化锂与水分子之间的引力大于溴化锂分 子间的引力以及水分子间的引力。这表明溴化锂溶液具有较强的吸湿性，能够吸 收分压力高于溶液水蒸汽分压力的水蒸汽，也既溴化锂溶液具有吸收温度比它低 得多的水蒸气的能力，这正是溴化锂吸收式制冷机的机理之一。 5 、腐蚀性 溴化锂溶液对普通金属有腐蚀，尤其在有氧气的情况下更为严重。这不但缩 短了机组的使用寿命，更主要的是产生的不凝气体，直接影响制冷效果。因此要 严格保持系统的真空度。为了缓解腐蚀，一般在产品出厂前加入铬酸锂作为缓腐 剂，此时溶液呈淡黄色。 6 、p h 值 纯溴化锂溶液几乎中性，但在添加了缓腐剂后，以及杂质成分的影响下溴化 锂溶液呈碱性，p h 值在9 1 0 之间。在大气中能吸收二氧化碳析出碳酸锂沉淀， 东南大学硕 学位论文第一章绪论 所以要密封保存。 溴化锂溶液中的化学杂质往往影响吸收性能，在工业上规定了应用于制冷机 的溴化锂溶液化学杂质的最高含量。在吸收式制冷系统中一般需要设计排污装 置。同时用于配置溴化锂溶液的水也必须是蒸馏水或经离子交换树脂处理过的 水。 7 、毒性 溴化锂溶液本身无毒，但在添加了缓腐剂后，视缓腐剂的不同而有不同程度 的毒性 1 2 3 溴化锂吸收式制冷系统 溴化锂吸收式制冷机自1 9 4 5 年试制成功以来，经过不断改进和完善，在近 二、三十年来，获得飞速的发展和广泛应用。目前已发展成多种形式：以结构型 式分，有单筒型、双筒型、以及适用于舰船上使用的三筒型；以系统分，有单效、 双效以及多级多效；以热源类型分，则除蒸汽外，还有热水、燃气、燃油等。 最早出现的溴化锂吸收式制冷系统的流程是单效流程，单效溴化锂吸收式制 冷系统是溴化锂吸收式制冷系统的基本型式。这种制冷机可采用0 0 3 t o 1 5 m p a ( 表压) 的饱和蒸汽或8 5 1 5 04 c 的热水为热源。机组的制冷系数较低，约0 6 5 0 7 5 。为了防止结晶，系统中浓溶液的浓度不能过高。单效溴化锂吸收式制冷系 统流程如下图所示： 加热 冷 发生器 冷凝器 东南大学硕上学位论定第一章绪论 图1 1 单效溴化锂吸收式制冷流程图 图1 1 表明了单效溴化锂吸收式制冷系统的基本工作循环：从吸收器出来的 稀溶液首先由溶液泵经热交换器进入发生器，在发生器中受到加热热源的加热， 直至沸腾，溶液中部分水分便开始蒸发析出。溶液在蒸发过程中温度不断上升， 浓度不断增大。蒸发出的冷剂水蒸汽进入冷凝器，进入冷凝器的冷剂水蒸汽被冷 却水冷却成冷剂水，冷剂水经节流阀进入蒸发器，吸收冷媒水的热量后蒸发成蒸 汽，进入吸收器被溶液吸收，发生器中的浓溶液经热交换器进入吸收器吸收蒸发 器出来的水蒸气后变成稀溶液。如此完成了系统的制冷循环。 在单效溴化锂吸收式制冷系统中，由于结晶问题的限制，它的溶液浓度不容 许太高。所以发生器中溶液容许达到的温度不能太高，通常不超过l l o 。c 。当工 作蒸汽压力高时，则需要节流减压后才能使用，这造成了能源的浪费。为了充分 利用高品位的能源，在单效的基础上开发了双效溴化锂吸收式制冷系统。 双效溴化锂吸收式制冷系统比单效溴化锂吸收式制冷系统有较高的制冷系 数，达1 以上。在结构上比单效溴化锂吸收式制冷系统多了个高压发生气和一 个高温热交换器。双效溴化锂吸收式制冷系统又分成串联、并联。其串联工作循 环如下图所示： 图j 2 串联双效溴化锂吸收式制冷流程图 东南大学硕士学位论文第一章绪论 如图1 2 所示：从吸收器出来的稀溶液首先由溶液泵经低温热交换器和高温 热交换器进入高压发生器，在高压发生器中受到加热热源的加热，直至沸腾，溶 液中部分水分便开始蒸发析出。溶液在蒸发过程中温度是不断上升的，浓度也不 断增大形成中间浓度溶液。中问浓度溶液经高温热交换器进入低压发生器被来自 高压发生器的冷剂水蒸汽加热进一步浓缩放出冷剂水蒸汽形成浓溶液，高压发生 器的冷剂水蒸汽在低压发生器放热后同低压发生器出来的冷剂蒸汽一起进入冷 凝器，冷凝成冷剂水，冷齐水经节流阀进入蒸发器，吸收冷媒水的热量后蒸发成 蒸汽，进入吸收器被溶液吸收，低压发生器中的浓溶液经低温热交换器进入吸收 器吸收蒸发器出来的水蒸气后变成稀溶液。这样既节省了加热的热量，又减少了 冷凝器负荷，使制冷效率得到提高。 为了利用低品位热源，又发展了多级多效溴化锂吸收式制冷系统。它可利用 7 0 8 0o c 的热水为热源，无疑对低品位热源的利用具有重要意义，是种节能型 的机组。但与单效的相比，热力系数更低，仅0 3 o 4 左右，而冷却水耗量约为 单效的二倍，设备成本大大增加。本文对其不做比较和描述。 1 2 4 溴化锂吸收式制冷机具有以下特点： l 、利用热能为动力，对热源要求不高，可以使用低位热能，能源利用范围 广： 2 、不需要压缩机，大多数设备均属于容器和热交换器类型，结构比较简单， 便于加工制造和维护修理： 3 、除有几台泵外，无其他传动的设备和运转的部件，因此运转安静、振动 小、无噪音； 4 、制冷量调节范围很大，并可以实现无级容量调节； 5 、以溴化锂溶液为工质，有利于满足环保要求； 6 、制冷机在高真空状态下运行，无高压爆炸危险，安全可靠； 7 、对按装基础要求低，无需特殊的机座； 8 、腐蚀性强； 9 、气密性要求高。 1 0 、收式制冷机的冷却负荷比蒸汽压缩式制冷机大一倍左右，热效率 较低。 东南大学硕l - 位论文第一章绪睑 1 3 喷射器热泵与溴化锂吸收式制冷的复合循环 综上所述：目前的溴化锂吸收式制冷循环并不尽人意。主要因单效的c o p 太低，双效吸收式制冷机尽管比单效有高的多的效率，但它的初投资高出单效的 约1 5 倍，在高温高压下易结晶，使循环受到一定的影响。能否有一种基于溴化 锂制冷循环的新型制冷循环，它既有双效的高效率，又保持了单效初投资少的优 点。 本文将研究这样一种新型的喷射式热泵与单效吸收式制冷复合的制冷循环。 在这个循环中，蒸汽发生器、喷射器和发生器代替了传统双效吸收式制冷的高压 发生器和低压发生器。喷射器在此作为热泵，将发生器产生的一部份二次蒸汽升 压后，再作为发生器的热源，以此提高能源的利用率。 在这种新型复合制冷循环中，制冷系数的提高决定于喷射系数的大小。因此 如何提高喷射系数是研究的重点。在本文中喷射器是大膨胀比，大压缩比的。喷 射系数的大小很大程度上取决于压缩比的大小。压缩比越大喷射系数越小。当压 缩比超过9 后，喷射系数趋于零【2 】。在s w u ，i w e a m e s 等人的相关研究中，采 用一级喷射器吲【6 】【7 1 1 ”。但由于发生器中冷剂蒸汽的压力与喷射器背压之比既压 缩比一般都达到或超过9 ，因此制冷系数相比单效溴化锂制冷有很大提高，但与 双效相比有一定的差距，仅达到0 9 左右。本文根据发生器中冷剂蒸汽的压力与 喷射器背压之比大的特点，提出了双级喷射的解决方案，以此来提高喷射系数， 进而提高制冷系数。 这种新型复合循环的最大特点是喷射器作为热泵的引入。在这种循环中发生 器出来的一部分冷剂蒸汽被喷射器增温增压后，进入发生器释放热量再节流进入 冷凝器。这一部分蒸汽的效果与传统的双效吸收制冷循环高压发生器中的冷剂蒸 汽作用类似，本该在冷凝器中冷凝的这部分冷剂蒸汽在发生器中放热得到冷凝， 这样就减少了冷凝器冷却水的流量，减少了冷凝器的热负荷，降低了对环境的热 损失，增加了发生器的供热量，也就减少了工作蒸汽量，增加了出气量。它在高 温下不易结晶比双效循环更可靠，对环境的热损失更少。 东南大学顾 ：学位论文 第一章绪论 1 4 喷射器及其特点f ： 喷射器是这样种装置，在这种装置旱，不同压力的两股流体相互混合，并 发生能量交换，以形成一股居中压力的流体。进入装置前压力高的流体叫工作流 体，压力低的叫引射流体。提高引射流体的压力而不消耗机械能，这是喷射器最 主要的根本性质。由于具有这种性质，在很多技术部门中，采用喷射器比采用机 械的增压设备( 压缩机，泵，鼓风机，引风机等) ，使有可能得到更为简单可靠 的技术解决办法。除了本身结构简单外，喷射器与各种设备连接的系统也很简单， 制造也不复杂。这些使有可能在工程上的广泛技术领域中使用这些喷射器。 根据压缩比( 压缩比= 中压力的流体的压力引射流体的压力) 和膨胀比( 膨胀 比= 工作流体的压力引射流体的压力) 的大小，弹性介质的同相喷射器可分为如 下类型： 1 ) 大膨胀比和中等压缩比的喷射器。通常这类喷射器的膨胀比比临界压力比大 好多倍；压缩比大于等于1 2 而小于等于2 5 。 2 ) 大膨胀比和大压缩比的喷射器。通常这类喷射器的膨胀比也比临界压力比大 好多倍；压缩比大于等于2 5 。 3 ) 大膨胀比和小压缩比的喷射器。通常这类喷射器的膨胀比是很大；但压缩比 小于等于1 2 。 在本文的研究中根据实际喷射器的工作工况而选用第二类喷射器即大膨胀 比和大压缩比的喷射器。 本文将对这种新型循环进行理论上定性和定量分析：建立数学模型，合理的 选用工质( 溴化锂溶液，水和水蒸汽) 的状态方程【1 1 】【1 2 】【l ”，运用解析的方法， 以求得循环中各环节的热力参数，溴化锂水溶液的状态方程选用p a t t e r s o n ( 1 9 9 8 1 根据m c n e e y 数据拟合回归的p a t t e r s o n 方程，该状态方程的使用范围o e 7 0 ，0 0 c t 1 8 0 0 c ，其中焓值基准与查表值所采用的基准不同，它们的计算起 点有较大的偏差，需进行校准修正，水和水蒸汽的状态方程采用一种适合热能转 换过程中水和水蒸气性质计算的实用模型一前苏联热工研究所所提供的计算模型 ( 简记为b tp i 模型) ，喷射式热泵的计算模型采用前苏联e cok0 0b 出版的喷射器一书中阐述的计算喷射器的理论和方法，并以其推算出本复合 东南人学硕上学位论文第一章绪论 循环的双级喷射器计算模型，通过计算机运用v b 语言对该系统进行模拟理论计 算和优化以解决c o p 过小的问题，使c o p 达到1 0 左右。本文所研究的内容为 这种新型制冷循环及类似循环的研究提供一定的理论指导。 9 东南大学颁上学位论文第二章状态方程 第二章状态方程 进行喷射式热泵与溴化锂吸收式制冷的复合循环计算的基础在于建立合理 的数学模型。而建立合理的数学模型的基础是合理地选用工质( 溴化锂溶液，水 和水蒸汽) 的状态方程，运用解析的方法，以求得循环中各环节的热力参数。工 质状态方程的准确性和实用性，直接影响到整个计算的正确性。 本文计算所采用的状态方程由两部分组成：溴化锂溶液状态方程，水和水蒸 气的状态方程。 2 1 溴化锂水溶液的状态方程 本节介绍有关溴化锂水溶液的状态，其中包括：溴化锂水溶液的焓值方程、 溴化锂溶液的饱和蒸发压力方程、溴化锂溶液的结晶温度方程。 对于溴化锂溶液的状态方程，国内外学者做过大量的研究工作，并有大量文 章报道。在已发表的状态方程中，各方程在各自所适用的范围内，有很高的准确 性，但在范围之外误差较大。针对这种情况，本文所采用的状态方程将包括所耍 用的全部范围，以取得较好的准确性。 2 1 1 溴化锂水溶液焓值方程” p a t t e r s o n 状态方程 综合比较国内外的各种溴化锂水溶液焓值方程，本文选用p a t t e r s o n ( 1 9 9 8 ) 根 掘m c n e e y 数据拟合回归的p a t t e r s o n 方程，该状态方程的使用范围o e 7 0 ， 0 。c t 1 8 0 。c ，方程表达式如下： h = “， t k j k g 系数a ，由表1 给出： 表1 a 。i 1 3 4 1 2 5 e 0【a 。41 2 4 8 9 l e 0轧：57 4 3 6 9 3 e - 4 a 。4 8 0 0 4 5 0 e 1a - 7 6 4 3 9 0 3 e 一2a 】25 8 7 0 9 2 l e 一5 a = ：【_一2 1 6 1 4 3 8 e 一3m 2 5 8 9 5 7 7 e - 3a 2 273 7 5 3 1 9 e - 6 2 3 3 6 2 3 5 e - 4a “- 9 5 0 0 5 2 2 e5a ” 32 7 7 5 9 2 e7 虬，一1 ，1 8 8 6 7 9 e 一5a 4 1 1 7 0 8 0 2 6 e 一6 a n 一5 0 6 2 3 0 4 e 一9 a 2 2 9 1 5 3 2 e 一7 a 。l 1 1 0 2 3 6 3 e 一8 a 39 0 1 8 9 7 e1 1 东南人学预j 一学位论文第二苹 状态方程 在传统的设计中，溴化锂溶液的状态参数采用查溴化锂溶液热物性图表 来获得，主要根据溴化锂溶液的焓一浓度图。它是溴化锂吸收式制冷系统热 力计算的主要线图，主要描述溴化锂水溶液的压力、温度、浓度、和焓值这 四个参数间的关系，是在对溴化锂水溶液进行实验的基础上，利用大量的实 验数据绘制而成。它的准确性是符合工程设计的要求的。 在本文中，对于溴化锂溶液焓值的计算，当利用p a t t e r s o n 公式计算溴 化锂溶液的焓值时，发现计算的结果与查阅溴化锂溶液的焓一浓图获得在同 一温度和浓度下的焓值出入很大。在本文计算使用的范围内，在浓度方向每 5 取一点，在温度方向每1 0 0 c 取一点，分别采用p a t t e r s o n 状态方程和查 表求出焓值，如下表2 所示： 表2 浓度e = 5 0 浓度l = 5 5 浓度e = 6 0 浓度t = 6 5 温度焓值hk j k g焓值hk j k g焓值hk j k g焓值hk j k g t ( 。c )查表p a t t e r s o n查表 p a t t e r s o n查表p a t t e r s o n查表p a t t e r s o n 2 02 5 1 2 04 9 3 9 32 3 9 4 8 - 5 9 3 0 1 3 0 2 7 3 3 9 4 7 2 4 52 5 9 5 75 7 2 6 32 5 7 4 8- 6 7 3 9 6 4 02 9 4 3 24 5 0 8 92 7 9 6 7- 5 5 2 2 02 7 6 - 3 2- 6 5 4 8 4 5 03 1 6 5 14 2 9 2 63 0 0 65 3 1 7 42 9 5 1 6- 6 3 5 7 03 0 1 4 47 3 9 4 1 6 03 3 8 2 8- 4 0 7 5 73 2 1 5 4- 5 1 1 2 43 1 46 1 6 5 33 1 9 8 67 2 2 0 3 7 03 6 0 0 53 8 5 。8 03 3 9 9 64 9 0 7 13 3 3 。2 6- 5 9 7 ，3 43 3 8 2 87 0 4 ，5 9 8 03 8 0 9 93 6 3 9 73 6 0 0 54 7 0 1 33 5 1 6 85 7 8 1 33 5 5 4 56 8 7 0 9 9 04 0 2 7 6- 3 4 2 0 7 3 8 0 9 9 4 4 9 5 23 7 0 9 45 5 8 8 93 7 2 6 1 6 6 9 5 3 1 0 04 2 3 6 93 2 0 1 04 0 1 9 2- 4 2 8 8 73 9 0 25 3 9 6 33 9 3 9 76 5 1 9 1 1 1 04 4 7 8 92 9 8 0 64 2 2 0 24 0 8 1 94 0 8 6 2- 5 2 0 3 54 0 6 9 56 3 4 2 3 1 2 04 6 8 9 12 7 5 9 54 4 2 9 53 8 7 4 64 2 7 8 8- 5 0 1 0 54 2 6 6 26 1 6 5 0 1 3 04 9 0 6 82 5 3 7 74 6 3 0 53 6 6 7 04 4 7 。1 44 8 1 7 24 4 4 6 35 9 8 7 0 1 4 05 1 1 6 1- 2 3 1 5 24 8 4 8 23 4 5 9 04 6 6 4- 4 6 2 3 74 6 1 3 75 8 0 8 4 1 5 05 3 3 。3 82 0 9 2 05 0 6 5 9- 3 2 5 0 74 8 6 4 9- 4 4 2 9 94 8 0 1 45 6 2 9 2 1 6 0 5 5 5 9 91 8 6 8 25 2 8 3 63 0 4 1 95 0 4 9 1- 4 2 3 6 04 9 8 7 55 4 4 9 5 1 7 0 5 7 8 6 0一1 6 4 3 65 4 9 2 9- 2 8 3 2 85 2 4 1 74 0 4 1 85 1 6 6 9- 5 2 6 9 1 从表2 可以看出p a t t e r s o n 状态方程与焓一浓图存在较大的误差，为此需要 对p a t t e r s o n 状态方程进行修正。在对所得数据进行分析的基础上，首先绘制出 p a t t e r s o n 状态方程和焓一浓图的数据线，如下图所示： 东南大学礁l 学位论文 第二章状态方程 焓。 值。 口 m 焓4 值。 - 日 。皿 温度 温度 焓。 值 皿 焓4 值a 皿 。 温度 m目1 日1 m1 目1 口 温度 图2 ，ip a t t e r s o n 状态方程与焓一浓图的数据线 由上图可以看出：p a t t e r s o n 方程的数据线与查表值的数据线在型状上相似， 且呈近似平行状态分布。由线型可知，p a t t e r s o n 状态方程的计算方法是可行的， 其计算机理与溴化锂溶液的本质规律相近：两数据线近似平行的分布表明， p a t t e r s o n 状态方程与查表值之间存在基准误差：同时由于数据线不是严格的平 行线，所以除了基准误差外，p a t t e r s o n 状态方程与查表值之间还存在附加误差。 为了找出p a t t e r s o n 状态方程与查表值之间误差值的规律，我们求出p a t t e r s o n 状态方程与查表值之间的绝对误差，由表3 给出： 东南大学硕士学位论文第二章状态方程 表3 温度t 绝对误差( k j k g ) ( ) 浓度= 5 0 浓度e = 5 5 浓度= 6 0 浓度= 6 5 2 0 7 4 5 1 4 8 3 2 4 9 3 07 4 5 8 48 3 2 ，2 09 3 1 4 4 4 07 4 5 2 28 3 1 8 89 3 1 1 6 5 07 4 5 7 88 3 2 3 59 3 0 8 61 0 4 0 8 5 6 07 4 5 8 68 3 2 7 89 3 0 5 31 0 4 1 8 9 7 07 4 5 8 68 3 0 6 79 3 0 6 01 0 4 2 8 8 8 07 4 4 9 68 3 0 1 9 9 2 9 8 11 0 4 2 5 4 9 07 4 4 8 38 3 0 5 l9 2 9 8 41 0 4 2 1 5 1 0 0 7 4 3 7 98 3 0 8 0 9 2 9 8 41 0 4 5 8 8 1 l o 7 4 6 0 48 3 0 2 1 9 2 8 9 81 0 4 1 1 8 1 2 07 4 4 8 68 3 0 4 29 2 8 9 31 0 4 3 1 2 1 3 07 4 4 4 58 2 9 7 59 2 8 8 61 0 4 3 3 3 1 4 07 4 3 1 48 3 0 7 39 2 8 7 71 0 4 2 2 2 1 5 07 4 2 5 98 3 1 1 6 69 2 9 4 91 0 4 3 0 7 1 6 0 7 4 2 8 l 8 3 2 5 69 2 8 5 11 0 4 3 7 1 1 7 07 4 2 9 78 3 2 5 89 2 8 3 5 1 0 4 3 6 0 综合图l 与表3 的数据可发现p a t t e r s o n 方程计算结果与查表数据有以下差别： l 、p a t t e r s o n 方程所采用的焓值基准与查表值所采用的基准不同，它们的计 算起点有较大的偏差。 2 、在同一浓度下，不同温度时溶液焓值的误差几乎相同，故只需按浓度方 向进行修正。 3 、沿浓度增加方向，误差呈上升趋势，即误差函数是一个线性增函数。这 晚明除基础误差外，p a t t e r s o n 方程与查表值之间还存在附加误差，且该 误差是浓度的函数。 就以上所得出的误差函数的特点，对p a t t e r s o n 方程进行修正。 东南犬学项 一学位论文第二章状态方程 修正p a r e r s o n 方程 在得出以上结论后，为了保证计算的准确性，我们对多组数据进行分析。由 于p a t t e r s o n 状态方程与查表值之间的误差在浓度一定时沿温度方向变化很小， 基本可以忽略；而温度一定时沿浓度方向变化显著，所以我们就p a t t e r s o n 状态 方程在温度为8 0 时沿浓度方向的误差进行分析。 表4 所示溴化锂溶液在温度为8 0 时，沿浓度方向每隔1 取一点，用 p a t t e r s o n 状态方程求得的焓值与查表值之间所存在的误差。 表4 浓度 焓值h ( k j & g ) 绝对误差浓度 焓值h ( k j k g ) 绝对误差 毛( )p a t t e r s o n 查表( k j k g ) 毛( )p a t t e r s o n 查表( k j k g ) 5 03 6 3 9 73 8 0 9 97 4 4 9 65