几何参数对引射器及两相流引射制冷系统性能的影响

　　在蒸汽压缩式制冷系统中用两相流引射器代替膨胀阀或毛细管作为节流元件，可回收高压制冷剂的膨胀功，提高制冷系统性能系数。研究表明，引射器是提高两相流制冷循环效率的关键部件，其几何参数是影响引射器性能的主要影响因素[1]。SWongwises[2]等人以R134a为制冷剂研究了喷嘴尺寸对系统性能的影响，与传统制冷循环相比，两相流引射循环制冷系统压缩机压比及排气温度均下降，系统的COP及制冷量得到提高。M S Kim等人[3]用两相流引射器代替膨胀阀，应用于CO2系统中，主要研究了喷嘴喉部直径、混合段直径等几何参数对系统性能的影响，并与传统系统比较，使用引射器的系统性能比传统系统提高了15%。Nakagawa等人[4]用CO2工质对两相流引射制冷循环进行了研究，研究了引射器结构参数，如扩张角、混合室长度等，对系统性能的影响，得出了一系列最佳参数;与传统制冷系统的比较表明，在特定工况下，制冷系数可提高27%。

　　引射器作为两相流引射制冷系统的重要部件，其几何参数对引射器及系统的影响至关重要。引射器中的工质在节流过程中存在相变，在喷嘴出口可达到超音速流动，并可能产生激波及其与混合边界层交互作用等现象，内部流动十分复杂。通过优化引射器的几何参数，来减小激波等因素的影响，提高引射器及系统性能。实验中加工了不同尺寸的引射器试件，在R134a引射制冷循环性能实验台上进行了实验，分析了喷嘴直径、混合室直径对引射器性能及系统性能的影响。

　　1 R134a两相流循环和实验装置

　　R134a汽液两相流引射器制冷系统实验装置示意图如图1所示，关闭阀门V5、V6、V7，打开其余阀门则可运行两相流引射制冷循环;如将阀门V1、V2、V4、V9关断，阀门V5、V6、V7打开则该系统成为传统膨胀阀制冷循环。对于两相流引射循环，从冷凝器出来的高压液体进入引射器喷嘴节流降压，在其出口引射从主蒸发器出来的低压蒸汽，二者在混合室混合，经扩压器压力升高后排入气液分离器，分离出的液态工质从其底部进入主蒸发器，气体则从上部返回压缩机。

　　如图1所示，传统的两相流引射制冷循环不包含虚线框内的辅助蒸发器部分，自气液分离器上部分离的工质直接进入压缩机。初步实验发现，未增设辅助蒸发器的传统引射制冷系统不能正常运行，开机后压缩机吸气压力迅速降低，约18s后压缩机吸气压力保护停机，压缩机吸气压力随时间的变化曲线如图2所示。造成这种现象的主要原因是压缩机启动后被引射流流量偏小，造成从气液分离器上部分离出的气体质量流量小，因此压缩机吸气带液，使得压缩机吸气压力迅速下降造成其低压保护。前期理论研究[5]也表明，引射器的引射比和进入汽液分离器的工质干度是相互耦合的，存在一个临界引射比使系统能够稳定正常工作，当引射比低于临界引射比时，从气液分离器上部出来的工质为汽液两相状态，因此系统需要增加辅助蒸发器才可正常运行。根据上述理论研究和初步实验结果，对传统引射制冷系统进行了改进，如图1虚线框所示部分，增加了辅助蒸发器，自气液分离器出来的混合流体先经过辅助蒸发器换热后再回到压缩机，以防止液态制冷剂进入压缩机。实验表明，改进后的引射制冷系统可稳定运行。