【船舶喷射式制冷技术以及回收利用分析12000字（论文）】

PAGEPAGE23船舶喷射式制冷技术以及回收利用研究摘要喷射制冷是一种绿色环保的制冷方式。它不仅可以直接使用水等环保制冷剂作为制冷剂，还可以有效利用低品位热能。喷气式制冷系统没有运动部件，易于维护。整个系统运行稳定，可靠性高。然而，由于该系统效率低，其广泛应用受到限制，因此如何提高喷射式制冷系统的性能成为当前研究的首要任务。本文第一章首先介绍了船舶余热回收利用的现状，然后介绍了船舶喷射式制冷系统，介绍了喷射式制冷技术的相关原理和分析，并对喷射式制冷系统进行了相关的热力分析，重点分析了喷射式制冷系统的性能，对系统中各部件的耙损进行计算和比较，并通过分析得出结论。凝汽器的耙损最大，占系统总耙损的72.29%。其次是发电机，占系统总损耗的16.54%。喷油器排在第二位，占系统总损失的7.15%。其余为工作液泵、节流阀和蒸发器，分别占系统总损失的3.48%、0.51%和0.02%。第二章介绍了喷射式制冷技术，包括喷射式制冷系统简介以及喷射式制冷系统的热力学分析，作为理论依据，第三章是喷射式制冷系统的㶲分析，包括㶲的基本概念及稳定流动系统工质的㶲和热力学的理论㶲分析以及喷射式制冷的㶲分析，最后一章是结论与展望。关键词：船舶废热；喷射制冷；㶲分析目录TOC\o"1-3"\h\u17660摘要 I23200ABSTRACT II18385目录 III2710第一章绪论 195191.1研究背景及意义 1263291.2喷射式制冷技术以及回收利用的研究和应用现状 2324911.3㶲分析在热力学系统中的应用 511064第二章喷射式制冷技术 7260422.1喷射式制冷系统简介 7248732.2喷射式制冷系统的热力学分析 729287第三章喷射式制冷系统的㶲分析 9262963.1㶲的基本概念及稳定流动系统工质的㶲 9147463.2热力学的理论㶲分析 11311413.3喷射式制冷系统的㶲分析 1230429第四章结论与展望 15207044.1结论 15288664.2展望 1524202致谢 1726379参考文献 18第一章绪论1.1研究背景及意义能源是促进人类社会进步和世界经济发展不可或缺的物质保障。这也是世界上大多数国家面临的紧迫问题。它在全世界引起了越来越多的关注。随着时代的快速进步，节能减排已成为当今时代的主题，也是航运业未来发展的方向和目标。从目前的世界能源形势来看，能源生产速度远远低于能源消费速度。从美国能源信息管理局（EIA）的最新预测结果可以看出，到2025年，世界能源消费总量将达到136.5亿吨石油当量，这是一个相当大的消耗量。可以得出结论，无论是从世界能源形势还是从中国能源消费来看，能源短缺已经成为必须解决的关键问题[1]。船舶节能减排的方式有许多种，其中利用船舶废热驱动的喷射制冷系统引起了国内外许多学者的研究。与目前船舶运输中运用的以电力驱动的压缩式制冷系统比较，喷射制冷技术是一种绿色环保的制冷方式，不但可以直接利用水等环保型工质作为制冷剂，而且还能有效利用低品位热能，喷射式制冷系统无运动部件，维修起来比较方便，且整套系统运行较为稳定，可靠性较高。本文对船舶废热驱动的喷射制冷系统作详细介绍，阐述其原理和实际应用，并对系统进行热力学分析，其中又以㶲分析为重点，着重分析各项重要参数并进行有效计算分析，由此可以得出船舶废热驱动的喷射制冷系统在船舶节能减排等方面还有更为深远的研究价值和应用前景。船舶废热回收系统主要通过主机的涡轮增压器与新开发的高速发电机相连接，将船舶废热回收转化为船舶的电能，以供船舶内部使用[5]。不同的船舶配备不同的类型，一般可分为以下两种类型：（1）仅使用废气轮机装置。这种配置仅使用船舶废气发电，不需要额外的蒸汽锅炉配置。废气涡轮装置不需要在船上占据太多的位置，因此安装成本不高，这在大多数船舶上都很常用。然而，由于现阶段研究技术水平较低，可回收的船舶废热量有限，限制了船舶发电机功率的提高；（2）废气涡轮机+蒸汽涡轮机。这种配置需要额外的蒸汽锅炉，管道和布局都很繁琐，热量充足，投资相对较大。涡轮发电机的功率足以取代柴油发电机，并可与轴电机结合使用，从而为螺旋桨提供更大的推力。1.2喷射式制冷技术以及回收利用的研究和应用现状国内外相关机构针对两种不同的配置方案进行了相应的组合和改进，提出了多种船舶余热回收方案。通过对比分析，abb、wärtsilä和man等国外公司的研发具有深远的指导意义，并为其他装备制造企业或研究人员指明了创新的方向。以下介绍三家公司开发的不同类型的余热回收系统。在上个世纪，abb致力于船舶柴油机的研究，这些柴油机已投入航运业的大规模运输。这些船用主机功率大，能量损失严重。为了改善船舶的余热排放，abb通过研究分析，提出了大量的余热收集技术。这项研究具有很大的创新优势。假设以x船为例，根据海况调整x船在海上的载荷运行，以确保x船处于相对良好的运行状态。x船在低负荷运行时，柴油机的负荷相对较小。此时，X船仅使用动力涡轮机来回收船排气中的余热。根据数据综合分析，从船舶排气中回收约5%的主机功率能量，转化为X船的有用能量；x船在高负荷运行时，采用汽轮机和动力涡轮机相结合的方式。这种联合使用循环方法可以回收X船废气中的热量，并且可以回收高达主机功率10%的能量。1988年至1994年间，abb安装了130多台动力涡轮机，以回收船用柴油发动机废气中的余热。如图1.1所示，船用柴油机余热回收系统为ABB公司设计并应用[6]。图1.1ABB公司研究开发的船舶柴油机废热回收利用系统图Wärtsilä公司在废热回收利用方面进行了大量研究，突破了固有的思维模式，在技术上取得了新的突破，在船舶废热利用系统的优化方面做出了许多改进。Wärtsiläcompany设计的余热回收系统主要关注如何优化船舶机舱布局，提高回收系统的可操作性。该系统的主要部件有：高低压蒸发器和过热器、汽轮发电机组、废气锅炉、涡轮增压器、扫气冷却器、预热供水系统、该系统的工作原理如下：船用柴油机排出的含热废气流入废气锅炉，加热锅炉给水，产生大量蒸汽。一个蒸汽回路用于船舶的加热系统，另一个回路用于船舶的发电系统。送至系统缸套水冷却器加热，锅炉给水温度升至85℃。加热后的给水进入废气锅炉，其中一个进入低压汽包。废气锅炉中的低压蒸发器和过热器充分加热锅炉给水，使其继续上升，从而变成低压过热蒸汽。此时，系统中的双压汽轮机吸收这部分蒸汽，进入低压部分为船舶做功。另一路流入扫气冷却器的高温部分，温度进一步升高至150~175℃。高压蒸汽经高压蒸发部分和高压过热器加热后，产生高压蒸汽，注入双压汽轮机的高压部分工作，或用于船上的日常加热。目前市场上的12rt-flex96c型主机采用该公司2005年设计的余热回收系统。通过运行和航行，以y船为例，在稳定的运行条件下，主机燃油燃烧产生的动力近11%可以重复利用，减少了y船有害物质的排放，提高了y船的经济性和环保性。如图1.2所示，这是Wärtsilä公司设计开发的余热回收系统示意图[7]。图1.2Wärtsilä公司的废热回收利用系统图作为最大的大型低速主机制造商，曼公司也致力于研究和改进船舶主机的性能，以满足当今时代节能减排的要求。TES热效率系统作为一种新型的余热回收系统，在一定程度上提高了船舶的经济性。热效率系统在船用柴油机的基础上，在主要核心部件的基础上增加了动力涡轮机、汽轮机、余热锅炉等辅助部件。在研究和实际应用中，曼公司发现，改善船舶航行时柴油机部件的目的是提高柴油机的排气温度。这是因为大型二冲程船用柴油机的排气温度过低，无法被系统有效吸收。结合船舶的实际情况，根据船用汽轮机和废气锅炉使用的蒸汽压力，设计了一种能在单压和双压之间来回切换以适应运行情况的方案，即TES系统可分为单压和双压正常工作。在正常工作负荷范围内，单压TEs可以回收相当于主机功率7%~9%的能量，双压TEs可以回收相当于主机功率9%~12%的能量，TEs的整体热效率可以达到55%以上[8]。目前，船舶运行中常用的余热回收系统有三种，即汽轮机发电系统（STG）、动力涡轮发电机系统（PTG）和动力涡轮－汽轮机联合发电系统（Pt-ST）[9]。对于不同的船舶，我们需要考虑各种因素，如船舶主机的类型、主机的转速范围、主机的额定功率和船舶的功耗，以便选择合适的船舶余热回收装置。PTG余热回收系统一般适用于主机功率小于15000kw的大型低速二冲程柴油机；功率在15000-25000kw之间的船舶主机可选择PTG系统或STG系统，以满足运行要求；当运行中的船舶主机功率大于25000kw时，可投入st-pt组合系统，以充分发挥其优势。蒸汽喷射式制冷系统因其所需热源温度不高，可以使用工业和太阳能等余热或废热作为驱动力，并且可采用对环境无污染工质例如水作为制冷剂，此系统结构简单、运行起来比较方便，可靠性高，成本也比较低，具有广阔的应用价值。世界上第一台蒸汽喷射式制冷系统是在1910年由MauriceLeblanc[10]成功发明。然而，由于该系统制冷系数（COP）较低，限制了该系统的广泛应用，一度被压缩制冷系统取代。随着人口基数逐年快速增长，各行各业的发展离不开能源。有限能源的大规模使用导致了严重的全球能源危机。在航运业中，如何实现船舶废热的回收和再利用已经相当有效。其中，利用余热制冷的方式重新进入人们的视野。喷射制冷作为一种绿色制冷技术再次引起人们的关注。国内外学者逐渐改变研究策略，致力于喷射制冷的研究。通过初步论证该方法提高制冷系统性能的可行性，结合计算机数学建模，理论与实践相结合，进行了演绎运算和模拟实验设计，从而探索如何提高喷射制冷系统的性能，以满足船舶的日常运行条件。王金锋[11]在实验研究中，重点对设计的制冷系统中的喷射器部件进行计算，寻找哪些因素会影响到喷射器的性能。计算中应用了计算机模拟程序，在仿真实验中以经典的热力学模型为基础。大量计算得出，喷射器出口的压力值是影响喷射器性能的关键因素之一，通过整理实验数据，找到了一种更为简便的、计算数字更加准确地方法来计算喷射器的最大出口压力，为后续研究降低错误率。同时对喷嘴出口到达系统混合室入口间的距离等进行研究，确定最佳工作稳定范围，由计算得出系统的喷射系数最大发生在喷嘴出口到混合室入口为7mm时，此时系统性能也处于最优状态。陈修娟[12]对制冷循环中激波产生的位置进行试验分析。在研究制冷系统制冷能力上，着重研究了喷射器出口压力值，并且对制冷剂工作流体在循环中各点的状态及参数做好记录对比。研究表明在整个制冷系统中有两处位置会发生激波现象，其中一处从混合室流出的超音速流体在扩压器入口处产生，另外一处是高速的工作流体在喷嘴出口处产生。Yapici[13]以R123为制冷剂，通过不断改变工作参数，例如调整各部件运行的温度和压力，对制冷系统进行了实验研究，观察喷射器的系数变化。在对系统COP进行计算中得出结论，制冷系统的性能影响，和对发生条件的改变调整关系不大，但系统在调整了蒸发温度和冷凝温度的情况下，会对制冷系统的性能造成较大的影响。他们参照一组数据，基于数据工况条件下系统的制冷系数可以达到0.39。同时表明，想要获得较大的制冷系数需要找到合适的工作流体温度、喷射器的面积比及系统喷嘴的位置。Sun[14]利用计算机建立了一个以水为工质，压力为定值的混合喷射制冷系统模型，并且搭建的试验台条件为制冷量5kW，分析了工质流体在各部件中运行时通过部件的流量，找到对应状态下的压缩比，通过计算机模拟改变喷射器的结构和尺寸，通过该模型对系统的性能进行预估。Narmine[15]建立了一个计算机仿真模型，以质量、能量和动量守恒方程为基础，以水蒸气作为工作流体，研究制冷系统各个变量对整个系统性能的影响。研究结果表明在系统压缩比不变的情况下，通过改变蒸发温度和工作流体温度达到某个最佳温度值时，系统性能可以达到一个最佳值。系统中的混合室、喷射器喷嘴和扩压器所运行的条件也被他们考虑在内，以测得更加准确地实验数据。1.3㶲分析在热力学系统中的应用对系统进行能量分析通常有以下列方式进行：用能量守恒定律进行能量分析，用热力学第二定律进行熵分析，以及能量守恒定律和热力学第二定律结合的㶲分析。近年来，热力学第二定律的应用范围日益扩大，其中状态参数㶲的引入，给人们研究热力学问题上带来新的见解，对热力过程有着更加深入的分析。一般来说，有效利用能量意味着我们在消耗相同数量能量的同时可以获得更多的收益，或者在获得相同收益时可以消耗较少的能量。现如今㶲平衡分析法和能级分析法被国内外研究学者广泛采用，他们将系统的最佳运行状态作为研究出发点，从㶲流的角度探寻节能工况，对各部件如何合理利用有限能源，充分发挥㶲在整个系统中的作用，在分析方法上有着进一步的突破。㶲平衡分析法则是目前快速发展的一种新型热力学分析方法。已有利用热力学㶲分析方法对船舶柴油机的工作过程，发动机做功，换热器中热量㶲的传递特性等进行研究。同样是能量分析法，㶲分析法得出的结论对于能量的有效利用有着极高的指导意义。国内外学者已将（火用）分析方法应用于制冷系统的研究，指导分析制冷工况，得到了比普通能量分析法更深层次的结论，并在制冷系统实验方面取得了初步进展。Alexis[16]等学者在研究制冷系统中的主要组成部件及影响系统COP大小的因素时，采用㶲损失分析方法。他们将制冷系统的发生压力设定在0.6Mpa，经过实验发现，蒸发温度在4~8℃的范围间发生变动，冷凝温度变化范围别44~50℃时，以水作为工质的整个制冷系统的最大性能系数可维持在0.4~0.6之间，可以得到接近0.17的㶲效率。经过计算得出，㶲损失占比排在前两位的分别是喷射器和冷凝器，其中喷射器在系统中所占的㶲损失数目最大。Khennich[17]等学者引入“等效温度”的概念（焓变与熵的比值）来改进传统的温－焓图表对喷射制冷系统和热力过程㶲损失分析中的不足之处，通过等熵和等压这两个热力学路径来代替实际的膨胀与压缩过程，使得发生在各部件的㶲损失和㶲效率清晰可视化。㶲经济学分析法被Sadeghi[18]等学者应用于喷射制冷循环研究中。经过分析可得，系统处于最佳运行工况时，部件㶲损失中发生器占比最高，喷射器的㶲损失占比仅次于发生器排名第二；还得出结论，与吸收式制冷系统相比，由于单位产品成本较高，因此喷射式制冷系统中的热力学第二定律的㶲效率相对较低。㶲分析方法已广泛应用于火力发电、制冷工程、石化冶金、能源规划管理等行业。对于制冷系统进行㶲分析，有利于更好地观察系统在运行过程中能量的传递，更加深入研究不可逆过程中如何通过有效手段，对热力学系统装置进行进一步完善和对装置系统的改进，使得系统在工况条件下能够减少能量的流失。本文在讲述了船舶废热回收和利用现状，进而引出对船舶喷射式制冷系统的介绍，介绍了喷射式制冷技术的相关原理及分析，并对一种喷射式制冷系统进行相关热力学性能分析，通过实验记录过程中各参照点的状态参数，整理实验数据，重点对该制冷系统模型进行了热力学㶲分析，对系统中各部件㶲损失进行计算，分析各个部件的㶲损失在整个系统总㶲损失中的占比，寻找影响制冷系统产生㶲损失的主要原因及相应的解决方案。

第二章喷射式制冷技术喷射式制冷系统简介喷射式制冷系统主要是使用工业生产或发动机运行所产生的废热、太阳能、地热能等低品位热能作为驱动力，加热发生器中的制冷剂，从而产生的高温高压蒸汽作为工作流体，来驱动喷射器进行制冷工作，从而可以有效地提高能源利用率。喷射式制冷系统在性能上虽然不及传统的压缩式制冷系统，但喷射式制冷系统在其他方面有着不可替代的优势：（1）系统因其构造简单易于制造，制造所需的金属量不高且不易被制冷剂所腐蚀，因造假成本低可投入工业大规模生产；（2）该系统没有活动部件，运行方便，可靠且使用持久性高；（3）系统工作流程不复杂，人工操作便捷，维护管理效率较高；（4）系统消耗电能较少，同时对驱动热源的品位要求不高。喷射式制冷系统结构示意图如图2.1所示。图2.1喷射式制冷系统示意图2.2喷射式制冷系统的热力学分析在喷射式制冷系统的实际运行中，在各部件的各种工况下，其过程在原理上远不简单。复杂的工作流程对数据的手动记录和分析有一定的影响。为了更好地展示喷射制冷装置的运行情况，简化复杂的实际问题过程，我们做出以下假设：（1）喷射制冷装置的工作状态被认为是一个稳定的运行过程；（2）制冷系统中的工作流体是稳定的，无论其是否过热；（3）未考虑导致装置内工作流体不可逆损失的各种因素；（4）喷射制冷系统的主要部件，如冷凝器、发电机和蒸发器，均处于稳定的进出口状态，便于计算。由制冷循环温熵图可以得出以下热力学计算公式：发生器热负荷： Qg=mgQgmgℎ1ℎ8蒸发器热负荷： Qe=meQemeℎ3ℎ7冷凝器的热负荷： Qc=mgQcℎ5ℎ6循环泵做功： Qp=mgQp μ=memgμ——喷射系数。制冷系统的性能指数COP： COP=QeQp+第三章喷射式制冷系统的㶲分析3.1㶲的基本概念及稳定流动系统工质的㶲能量是各种物质运动的普遍量度。热力学第二定律指出，能量转换的过程是不可逆的，因此，即使能量的总量是相同的，不同形式的能量可能有不同的能力从一种形式转变为另一种形式，它们可能有不同程度的技术用途。㶲是热力学研究中被广泛使用的一个新参数，用于评估能量内在的使用价值。㶲将能量的“量”和“质”结合起来评价能量的价值，深刻揭示能量转移和转化的本质，在工程实践中为人们指明了如何对能源的合理利用，最大化利用有限能源创造更多的效益。㶲(Exergy)的基本概念是：处于任意状态下（存在一定的压力、温度和化学组成）的系统，经过可逆转变后，达到了与环境相平衡的状态时，能够在最大程度上转换为有用功的那部分能量叫做㶲。㶲可作为过程指向性和热力学性质完善性的判据。我们可以发现做功的㶲是功的本身，而热量的㶲可以通过卡诺定理计算得到。所以从理论上而言，能由热量Q最大限度地能转换成的功W为： W=Q1−T0T由式（3.1）可知，由于热源的温度不同，热机的功率也不同。不同的热量有不同的温度，而将热量转化为功的能力是热量的特征，这是完全不同的，即使两个热源的数量相同。高热能和低热能的区别在于数量不同，也必须在于质量。㶲是在已知环境温度条件下，评价传热和转化过程中热能质量的一个非常重要的指标。㶲总热能的比例，我们可以知道某一种热能的实际可用性是好是坏，这可以更准确地反映在热能的质量上。㶲可以用来评估能量水平，因为它可以用来表示能量转化为功的能力。虽然不同形式的能源在数量上是相等的，但它们在能源质量或等级上相对较高，这在很大程度上反映出来㶲价值因此，机械能和电能的品位或质量高于热能。它们被称为高级能源或高质量能源，因为它们具有更高的能量㶲价值根据热力学第二定律，我们知道低级能量可以从高级能量自发转换，而高级能量不能从低级能量自发转换。能量质量的降低表明能量降低。当一个不可逆的热力学过程发生在一个孤立的热力学系统中时，总功将消散和损失。虽然能量的大小不变，但它做功的能力会随着温度的降低而降低㶲价值，也就是说，有一部分㶲退化为.因此㶲可以根据能量等级来评价能量系统的过程。系统中动能和势能的影响忽略不计，在给定参数状态下工质在系统中流动，流过系统的㶲如公式（3.2）所示。 E=H−T0SH——给定状态下体系的焓；H0S——给定状态下体系的熵；S0在稳定系统中，流动工质的状态发生变化，由一种状态变为另一种状态时该过程的㶲变化见公式（3.3）。 E2−E1E1E2在工程热力学的应用中，大多数热力设备都可以看作是稳定流动的开口系统，如图3.1所示。图3.1稳定流动系统示意图如图所示是一个常见的稳定流动开口系统，我们设定其进口参数分别是p，T，s，ℎ，工质在系统中的流速为c，相对某参考系高度为z，将环境作为系统唯一的外部热源，取环境状态p0，T0，s0，ℎ0为从系统流出时的状态，此时c0=0，z0=根据热力学第一定律，对于稳定流动系统有以下公式： δQ=dH+12mdc根据热力学第二定律，系统在可逆的情况有以下公式： δQ=−δQ0=T从而有： δWA,max=−dH+T假设环境状态下c0=0，z0=0，此外，系统中工质流动的宏观动能和势能忽略不计。仅考虑存在焓一种形式的能量，经过简单推导，即稳定流动工质的㶲为[ Ex,H=H−H03.2热力学的理论㶲分析热力系统与环境之间的相互作用共同决定了该参数的出现。热力学定律告诉我们，在不同形式的能量转换过程中，尽管它可以保持量守恒，但热力学系统的可用能量却在减少。这个㶲结合热力学第一定律和第二定律的分析方法，考虑能量的数量和质量，我们可以分析能量的转化、利用和传输㶲在系统中，以及计算损失㶲.㶲分析方法也被称为㶲平衡法。㶲与能量具有相同的维度和属性，代表能量的质与量的统一，能正确评价不同能量的价值。就热力过程而言，是否因为存在不可逆的因素，从而产生了无用功，为损失的㶲量，称为㶲损失，用符号EL EL=EpEpEg为了表征热力过程中，㶲的有效利用程度，我们引入㶲效率的概念。热力学过程中㶲效率的定义：在热力过程中，收获的㶲量与耗费的㶲量的比值，称为该热力过程进行的㶲效率，用符号ηe ηe=Eg热力学过程中㶲损失系数的定义：系统中损失的㶲量EL与耗费的㶲量Ep的比值称为该系统的㶲损失系数，用符号 ξe=EL㶲损率的定义：某系统的㶲损EL,i与系统㶲损失EL的比值为该系统的㶲损率，用符号 ex,i=EL,i在热力过程中，可以建立该系统的㶲平衡方程如下：输入的㶲=㶲的变化量+输出的㶲+㶲损失即： Ein=ΔE+输出㶲中包括了㶲损失，并且㶲平衡方程式为：㶲的变化量=输入的㶲-（输出的㶲+㶲损失）即： ΔE=Ein−图3.2稳定流动开口系统㶲平衡图通过对绝大部分工程设备中的热力系统进行分析，我们可以知道，这些热力系统中以稳定流动开口系统为主要模式运行。如图3.2所示，是一个简单开口系统㶲平衡示意图。假设系统输出一个㶲流，该㶲流为整个系统的㶲损失，不考虑动能㶲和势能㶲的变化影响，则该系统㶲平衡方程可列为： EH,in+EQ,in公式中：EH,in、EEQ,in、EW——系统输出的有用功或功㶲；EL3.3喷射式制冷系统的㶲分析为了人为改善喷射式制冷系统的性能，传统的热力分析已经不能满足人们进一步探究能量的可利用性，需要对喷射制冷系统进行㶲分析，重点在于计算一个系统中，组成该系统各部件的㶲损失，分析造成部件㶲损失的原因。为此，设计喷射式制冷系统以水为工质，忽略系统内部管道散热的损失和流体本身的流动阻力。我们选取环境温度为308.15K，作为参考态温度，发生温度132℃，冷凝温度30.2℃，蒸发温度13.5℃。基于上述条件参数，我们模拟了喷射式制冷系统的工况。对各部件㶲损失的模拟结果见表3-1：表3-1喷射制冷系统各装置的㶲损失LINKExcel.Sheet.12"工作簿1""Sheet1!R1C1:R9C3"\a\f4\h\*MERGEFORMAT系统装置㶲损失占系统总㶲损失的百分数喷射器871.6237.15%冷凝器8807.38672.29%节流阀62.2380.51%蒸发器2.6590.02%工质泵424.333.48%发生器2015.70416.54%图3.3系统各部件㶲损失占比示意图系统中各部件的㶲损失占比如图3.3所示。通过图中直观分析各部件不难看出，冷凝器的㶲损失最大，占系统总㶲损失的72.29%；发生器的㶲损失是所有组件中第二大的，占系统总㶲损失的16.54%；喷射器次之，占系统总㶲损失的7.15%；其余依次为工质泵、节流阀和蒸发器，各分别占系统总㶲损失的3.48%、0.51%和0.02%。通过对各个过程的分析，我们得知，冷凝器的㶲损失较大是因为冷凝器在向周围环境放出的热量中，有一部分热量仍然可以加以利用，并非全部是废热，所以会有㶲损失。此外，制冷系统的两个关键参数——喷射系数和制冷量的变化，对于冷凝器的㶲损失大小也会跟着发生数量上的变化，系统制冷量增大必将导致冷凝量的增大，喷射系数的降低也会使得发生器和冷凝器的流量增大，因此喷射式制冷系统中冷凝器的㶲损失最大。发生器中产生的㶲损失，这种损失主要是由于发生器中与工作热源所连接的部位，以及在制冷剂和高温热源之间，热量没有得到充分传递，换热不均匀造成的，这就使得一部分含有㶲的热量白白地被发生器向环境周围散发掉了，为了可以有效减少因不等温换热引起的㶲损失，可以通过增加系统中每个换热组件的换热面积，提高系统组件的传热系数来实现。影响发生器产生㶲损失的原因，还包括制冷系统设定的发生温度值得大小。当制冷系统的发生温度设定值被人为升高，由实验现象得知，发生器存在的㶲损失将会增加，随着制冷系统的发生温度不断被提高，趋于系统临界发生温度，发生器中㶲损失增加会越快。造成喷射器中产生㶲损失的主要原因是，制冷剂蒸气在通过喷射器的拉法尔喷嘴时，速度非常快。处于超音速，并且产生了非理想的绝热膨胀。在混合室内与抽吸引射流体混合时，两股速度不同的流体会形成速度差，在混合的时候会产生剧烈的摩擦和碰撞，含有㶲的热量经过摩擦而消耗掉，从而导致喷射器的㶲损失。制冷系统中其他组件，包括工质泵、节流阀和发生器，三个部件的㶲损失数值较小。通过上述分析我们可以得知，要想对于整个制冷装置进行㶲效率的提升，降低整体的总㶲损失，需要将对制冷装置部件的优化设计和改进重点放在冷凝器、蒸发器和发生器上。通过设定这三个温度值，得出制冷系统存在一个最佳发生温度，在一定的冷凝温度和蒸发温度下，可以使得整体系统的㶲效率达到最高，系统的总㶲损失可以降到最低。

第四章结论与展望4.1结论在海上作业过程中，主机会产生大量废气，其中含有相当大的能量。船上的废气可以通过余热回收系统回收。经过一系列操作后，废气中的部分能量可以转化为电能或其他形式的船舶可用能量，可以有效减少废热损失，减少污染，有效提高船舶运行的经济性。喷射制冷系统是当今时代发展起来的一种新型能源利用方式，具有良好的发展潜力和工程应用价值。废气发生器可以作为船舶制冷系统的热源，不仅可以使船舶制冷系统所需的能量最大化，而且可以在正常运行时达到最大值。根据热力学第二定律，本文采用的损耗分析方法确定了整个喷射制冷系统模拟实验中参考点对应的参数，计算了各部件的熵产，分析计算了各部件的功率损耗（即㶲),找到了制冷系统中不可逆损失最大的工作过程。通过损失分析，可以更准确地反映制冷系统的能耗，对喷射制冷系统的性能改进和优化具有指导意义。损失分析表明，在喷射式制冷系统的模拟中，冷凝器占系统总损失的最大部分，占系统总损失的72.29%；其次，总损失中第二大的部分是发电机，占系统总损失的16.54%；喷射器排在第二位，占系统总损失的7.15%。其余为工质泵、节流阀和蒸发器，分别占系统总损失的3.48%、0.51%和0.02%。在该系统中，工质泵、节流阀和蒸发器在运行工况下的损失所占比例较小，在正常和可接受范围内。如何减少现有不可逆因素对系统性能的影响，从而造成系统的损失，有必要进一步研究高损失的冷凝器、发电机和蒸发器，分析每个部件的运行机理，找出是否有可行的方案来改善这三个部件的内部部件，从而提高喷射制冷系统的制冷效率，这需要进一步的实验研究。4.2展望在热力学能量分析中，或多或少存在一些缺陷，但这种分析方法可以确定热力系统的外部能量耗散，并指出如何对系统进行优化，使系统降低能耗。同时，能量分析也为能量平衡提供了依据㶲分析因此，对能源利用系统的综合分析需要进行能源分析和评价㶲同时进行分析、研究和计算，从而找到提高能源利用率和节能减排的有效途径。本文测试了系统在给定参数下的性能，分析了整个系统的工作条件，计算了各部件的损耗。在未来的工作中，可以对许多不同类型的喷射制冷系统的各种稳态条件和复杂的过渡条件进行分析，并将相应的结果与本文的结论进行比较。由于船舶废热驱动的喷射式制冷系统是由低品位热能驱动的，并且使用环保的工作介质——水作为制冷剂，当今航运业，节能减排为技术的发展备受关注。由于喷射式制冷系统的性能较差，限制了其在船舶废热驱动系统中的应用。喷射式制冷系统各部件的运行工况的协调和整个系统的自动化控制对提高整个系统的性能起着重要的作用，需要进行进一步详细研究。作为一种消耗大量能源的交通工具，航运业的改革和发展受到各国的高度重视。喷气式制冷系统能有效利用低能级能源，制冷方式对环境无破坏，符合中国和世界当前节能减排的能源发展战略。因此，无论是从环保角度还是从能源的综合高效利用角度来看，喷射制冷系统都是一种具有广阔应用前景的制冷方式。如何有效回收船舶余热，将船舶余热作为蒸汽喷射制冷系统的驱动热源，在船舶上进行有效的能量转换和再利用，对未来航运业的发展具有重要意义。参考文献[1]唐炼.世界能源供需现状与发展趋势[J].国际石油经济,2005(01):30-33+71.[2]吴伯才.船舶柴油机余热的利用[J].浙江海洋学院学报(自然科学版),2002(02):187-190.[3]窦智,杨春光.船舶发动机废气余热利用技术研究[J].交通节能与环保,2018,14(03):19-22.[4]任全水.船舶动力装置的热力学分析[D].哈尔滨工程大学,2012.[5]谢焱昆.大型集装箱船废热回收应用研究[J].船舶工程,2013,35(S2):196-197+214.[6]ABBCo.Ltd.WasteHeatRecoveryforLowerEngineFuelConsumptionandEmissions[R].2012.[7]WARTSILACo.Ltd.WasteHeatRecoveryConcept[R].2012.[8]MANB&WCo.Ltd.ThermoEfficienc