太阳能毛细驱动喷射式空调器性能模拟研究

    室内空调装置的广泛使用,使空调用电在整个电力消耗中占有的份额越来越大,更为严重的是由于氟利昂的泄漏而产生的对大气臭氧层的破坏[1],因此各类清洁能源和可再生能源的开发利用,日益受到世界各国的重视.在空调领域,利用太阳能进行室内空气调节的研究正在大力开展.目前较多的研究致力于太阳能吸收或吸附式制冷空调器的研制[2,3].但存在的问题是整个吸收、吸附装置包含的元器件较多,吸收、吸附过程传热效率较低,使得整个装置体积庞大,初投资提高.因此研制一种新的、经济实用的太阳能空调器已成为广大热物理与制冷研究者的追求目标.

    1996年Riffat等提出了一种热管喷射器复合制冷装置的原理性结构[4],其可以由太阳能或太阳能和燃气联合驱动.初步的理论与实验研究已证明该新型制冷系统在技术是可行的[5].由于该系统有不同热工特性的部件复合而成,其内部的流动和传热传质过程十分复杂,许多关键技术问题,如毛细芯内工质的流动特性[6]和持续工作能力、系统参数的相互匹配和系统的稳定性等都还未解决,需要开展一系列的基础性研究.本文研究了一种新型太阳能毛细驱动喷射式空调器,并对该空调系统的制冷特性以及各主要因素的影响进行了数值模拟.

    1 工作原理

    图1是太阳能毛细驱动喷射式空调器的系统图.毛细泵是由多孔吸液芯构成.太阳能集热器获得的热水通过发生器传热给液体工质,工质吸热后形成高压蒸汽,通过喷射器中的喷嘴成为高速气流,吸引来自蒸发段的蒸汽,混合后经过扩压到冷凝器,冷凝液一部分通过毛细作用流向发生器,一部分通过节流阀到蒸发器.工质在蒸发器内蒸发吸热达到制冷效果.

    2 传热传质单元模型

    为了建立整个系统的传热传质数学模型,作下列简化假设:①流动和传热传质过程是稳定的;②工质热物性为常数,与温度无关;③ 喷射器中工质为绝热等熵的一维稳定流;④系统与环境之间的热损失可以忽略不计;⑤蒸发器和冷凝器出口的蒸汽和凝结水处于饱和状态.

    2.1 太阳能集热器和发生器

    发生器传热单元模型如图2所示.

    热水箱的能量方程

    发生器的能量方程

    式中, t1,t2为进、出发生器的热水温度;ta为环境温度; m, mg为热水和毛细泵中工质的质量流量;Iθ为太阳辐射强度;η为太阳能集热器集热效率;Kloss为热水箱的热损失系数; Ac, A_T为集热器和热水箱的加热面积;hg1,hg2为发生器进、出口工作流体的焓.

    2.2 喷射器

    喷射器[7]的传热单元模型如图3所示.