新型蒸气压缩/喷射制冷循环的热力学分析

　　1 引言

　　文献[1]提出了一种新的适合于冰箱的新型蒸气压缩/喷射制冷循环,并对七种常见纯质制冷剂进行了理论分析比较和实验研究,结果发现其性能优于传统的蒸气 压缩制冷循环。在混合工质方面,对R152a/R22进行了实验研究,结果表明循环性能也得到提高,但没有能够在理论方面进行计算及验证。本文对几种常见 的混合工质(含近共沸和非共沸混合物)R152a/R22、R152a/R22/R290、R134a/R152a等应用于新型蒸气压缩/喷射制冷循环时 进行了热力学和循环性能的分析。同时,对纯质R12和混合工质R152a/R22的理论计算结果和实验结果进行了比较。

　　2  新型蒸气压缩/喷射制冷循环简介

　　自Kornhauser于1990年提出压缩/喷射制冷循环系统以来,已经有许多人在这方面作了工作,文献[1~4]中对压缩/喷射制冷循环系统都进行了 改进。文献[1]提出的适合于冰箱的新型蒸气压缩/喷射制冷循环,与其它的蒸气压缩/喷射制冷循环相比结构简单易于实现,有较大的实际工程用价值,同时新 型制冷循环系统取消了气液分离器,从压缩机排出的制冷剂最终全部返回压缩机因而消除了系统的回油问题。这种新型蒸气压缩/喷射制冷循环与传统的蒸气压缩制 冷循环相比,能够明显地提高循环系统的性能。

　　新型蒸气压缩/喷射制冷循环的系统图和压焓图如图1所示。与传统蒸汽压缩循环相比,主要的差别在于新循环系统中增加了一个喷射器,制冷工质在流过冷凝器 后,一部分通过节流元件后,进入蒸发器A进行热交换,另一部分则直接进入喷射器,与蒸发器A流出的工质混合后进入蒸发器B进行热交换。

　　通过合理分配进入蒸发器A和喷射器的工质流量比例,可以改变蒸发器B的蒸发温度,减小温差传热的不可逆损失,使循环的性能得到提高,同时也提高了压缩机的 入口压力,从而可以部分回收因节流而损失的功。在新型循环系统中两个蒸发器的制冷量由喷射器的引射量控制。理论计算和实验研究都表明新循环的性能系数比传 统蒸气制冷循环优越。

　　3 状态方程及计算模型

　　3.1 状态方程的选取

　　本文计算采用CSD方程[5],其精度优于其它的一些方程,如:PR、PT、BWR等方程。

　　CSD方程的形式如下:

　　式中 y=b/(4v),R为气体常数,a和b为系数,其具体的表达式为:

　　式中 a₀,a₁,a₂,b₀,b₁,b₂是与制冷工质相关的系数,可以从文献[5]中查得。

　　整个制冷循环的热力学参数除P、v、T外,还有焓和熵两个重要的热力学参数,其具体的计算采用文献[6]中的余函数方法。除状态方程外,还有饱和蒸气压方程。在此采用文献[3]中所用的方程,其具体形式为: