文档介绍：太阳能喷射-压缩二级制冷系统的火用分析
太原理工大学环境科学与工程学院田琦杨凡
摘要:火用分析是优化热力系统性能的一种有效工具。本文推导了太阳能喷射-压缩二级制冷系统各部件火用损失计算公式,分析了影响系统火用损失的主要部件及因素。结果表明,太阳能喷射-压缩二级制冷系统各装置中,集热器火用损失最大,其次是冷凝器和喷射器。在文中典型工况下,%。在系统制冷量、集热温度、蒸发温度和冷凝温度不变时,随着中间冷却器蒸发温度的升高,系统火用损失逐渐减少。
关键词:太阳能;喷射;压缩;制冷;火用分析
图1太阳能喷射-压缩二级制冷系统
太阳能喷射式制冷可有效节约常规能源,但其性能系数较低,集热器面积较大。为了提高系统总的性能系数,减少了集热器面积,文献[1]-[3]对喷射与压缩相结合的制冷方式进行了探讨。本文研究的太阳能喷射-压缩二级制冷系统即为喷射与压缩相结合进行制冷的系统形式之一,该方式可较好的改善太阳能喷射式制冷系统的技术经济性[4]。为了了解系统各部件的内部不可逆损失,优化系统性能,本文将推导太阳能喷射-压缩二级制冷系统各部件火用损失计算公式,分析影响系统火用损失的主要部件及因素,探讨中间冷却器蒸发温度对系统火用损失的影响规律。
-压缩二级制冷系统
太阳能喷射-压缩二级制冷系统如图1所示。系统由太阳能集热子系统、喷射制冷子系统和压缩制冷子系统组成。制冷循环的主要部件是发生器、喷射器、冷凝器、蒸发器、膨胀阀和泵。集热器吸收太阳能、生产热水供制冷系统发生器使用。发生器产生的高温、高压制冷剂蒸气通过渐缩渐扩喷嘴使喷射器最窄断面压力降低,产生抽吸作用,将蒸发器中的低温蒸气吸入喷射器中。低温蒸气与发生器的高温蒸气混合后,混合蒸气成为瞬态超音速蒸气,混合流体的流速必须足够高,以便在扩散器中速度衰减后,蒸气压力能增大到适当的冷凝压力。混合蒸气从喷射器中出来后,进入冷凝器,热被排入环境。从冷凝器出来后,一部分流体被泵入发生器,余者通过膨胀阀降为蒸发压力,进入蒸发器,完成制冷循环。

对于流动的工质而言,火用是指从某一状态出发,经过一系列可逆过程达到与环境平衡时,工质所能完成的最大可用功[2]。如果取环境温度To为基准温度,则单位质量的工质火用可用式(1)计算。
(1)
式中,ε代表单位质量的工质火用,h代表焓,s代表熵,T代表温度,下标o代表基准态。
热量火用则是指热量的最大可用能,即热量通过最理想的情况可能转化成有用功的部分。可用式(2)计算。
(2)
式中,q代表热量,下标h代表热源,下标q代表热量。
对某装置(或系统)建立控制体火用平衡方程,则可以得到该装置(或系统)的火用损失计算式[3]。
(3)
式中,E代表火用,m代表质量流量,W代表控制体所作的功,Q代表控制体从热源获取的热量,下标d代表损失,下标i代表进口,下标e代表出口。
-压缩二级制冷系统各部件火用损失计算

集热子系统主要由太阳能集热器、发生器和泵组成。
集热器的输入火用包括太阳辐射火用和集热器入口工质火用;输出火用为集热器出口工质火用。根据公式(3)、结合图1可得集热器的火用损失为:
(4)
式中,下标dsc代表集热器损失,下标sc代表集热器,