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双级喷射式制冷系统不可逆热力学损失分析

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摘要

符号说明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 喷射器的研究进展

1.3 喷射式制冷系统的研究进展

1.3.1 单级喷射式制冷的研究现状

1.3.2 双级喷射式制冷的研究现状

1.3.3 喷射式制冷系统的热力学熵分析

1.3.4 喷射式制冷系统的热力学(火用)分析

1.4 本文的研究意义和内容

1.4.1 研究的意义

1.4.2 研究的内容

第二章 双级喷射制冷系统传统变工况下的性能分析

2.1 单级和双级喷射制冷系统的工作原理

2.1.1 单级喷射式制冷系统工作原理

2.1.2 双级喷射式制冷系统工作原理

2.2 双级喷射制冷系统能量守恒计算模型

2.3 双级喷射制冷系统工况变化时的性能分析

2.3.1 喷射系数μ随发生温度、蒸发温度、冷凝温度的影响

2.3.2 性能系数COP随发生温度、蒸发温度、冷凝温度的影响

2.3.3 机械性能系数COPm随发生温度、蒸发温度、冷凝温度的影响

2.4 以R152a为制冷工质时系统工况变化对喷射系数的影响分析

2.4.3 冷凝温度对系统喷射系数μ的影响

2.5 以R152a为制冷工质时系统工况变化对性能系数的影响分析

2.5.1 发生温度对系统性能系数COP的影响

2.5.2 蒸发温度对系统性能系数COP的影响

2.5.3 冷凝温度对系统性能系数COP的影响

2.6.1 发生温度对系统机械性能系数COPm的影响

2.6.2 蒸发温度对系统机械性能系数COPm的影响

2.6.3 冷凝温度对系统机械性能系数COPm的影响

2.7 本章小结

第三章 双级喷射制冷系统的热力学熵分析

3.1 热力学不可逆熵增理论

3.2 双级喷射制冷系统熵产计算公式

3.3 双级喷射制冷系统工况变化时各部件的熵产分析

3.3.1 系统各部件的熵产及其占总熵产的比例随发生温度变化的影响

3.3.2 系统各部件的熵产及其占总熵产的比例随蒸发温度变化的影响

3.3.3 系统各部件的熵产及其占总熵产的比例随冷凝温度变化的影响

3.4 双级喷射制冷系统工况变化时的总熵产分析

3.4.1 发生温度对系统总熵产的影响

3.4.2 蒸发温度对系统总熵产的影响

3.4.3 冷凝温度对系统总熵产的影响

3.5 以R152a为制冷工质的双级喷射制冷系统给定工况下的熵产分布

3.6 本章小结

第四章 双级喷射制冷系统的热力学(火用)分析

4.1 热力学不可逆(火用)损理论

4.2 双级喷射制冷系统的(火用)损计算公式

4.3 双级喷射制冷系统工况变化时各部件的(火用)损分析

4.3.3 系统各部件的(火用)损失及其占系统总(火用)损的比例随冷凝温度变化的影响

4.4.1 喷射制冷系统的总(火用)损随发生温度变化的影响

4.4.3 喷射制冷系统的总(火用)损随冷凝温度变化的影响

4.5.1 发生器、冷凝器的热量(火用)及蒸发器的冷量(火用)随发生温度变化的影响

4.5.3 发生器、冷凝器的热量(火用)及蒸发器的冷量(火用)随冷凝温度变化的影响

4.6.1 系统各部件的(火用)效率随发生温度变化的影响

4.6.2 系统各部件的(火用)效率随蒸发温度变化的影响

4.7 双级喷射制冷系统的总(火用)效率及总能源效率随温度变化时的影响

4.7.2 系统的总(火用)效率和总能源效率随蒸发温度变化的影响

4.7.3 系统的总(火用)效率和总能源效率随冷凝温度变化的影响

4.7.4 四种给定工况下喷射制冷系统(火用)损失、(火用)效率和能源效率的比较

4.8 本章小结

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表学术论文和专利目录

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摘要

随着能源紧张及环境污染等问题的日益突出,从节能的角度去提高能源利用率,进而改善用能环境显得越发重要。在喷射制冷系统、真空装置、化工生产中喷射器均有较为广泛的应用。通过采用不可逆热力学中熵产分析和炯分析的原理,将喷射器应用领域拓展到制冷系统的实际不可逆循环过程,如传热、传质、扩散等。本文基于热力学理论对双级喷射制冷系统的不可逆性损失进行了深入研究,依靠动量、质量和能量守恒方程,推导出双级喷射制冷系统的熵平衡及熵产方程,分析了其内部流体流动过程各个部件的熵产和炯损失的分部情况。
  熵能够用来描述自然界各种运动形式转化的数量、方向和不可逆性。本文在分析热力学第一、第二定律的基础上,重点研究了两级串联式喷射制冷系统的研究与进展,着重介绍了熵分析方法在喷射器中的发展趋势和应用前景,并对比了在不同的发生温度、蒸发温度和冷凝温度下,运用不同制冷剂时制冷系统的喷射系数、性能系数以及机械性能系数的变化趋势。分析了喷射制冷系统各部件不可逆损失的分布规律,同时也分析了操作参数变化对系统各部件熵产的影响情况,进而能够准确地确定出使系统性能系数较佳同时满足总熵产最小的运行参数,即系统工作性能最优的工况。
  热力学系统涉及热量和能量的转换过程,基于热力学系统中的熵产及炯损失分析法在喷射制冷系统中的应用已逐渐被国内外一些学者所研究。与利用热力学第一定律中的三大守恒方程(质量、能量、动量守恒)的传统设计方法相比,这种方法的提出在喷射制冷系统中各个部件能量损耗上的分析更为客观全面。掌握喷射制冷技术的研究方法并进行理论分析,有助于推动喷射制冷领域新技术的发展,为其走向更广泛的实用化奠定了坚实的理论基础。如何选用合适的制冷剂是改善双级喷射制冷系统性能的有效手段,随着能源的过度消耗及日益短缺问题逐渐引起人们的重视,利用低品位热源作为动力驱动的喷射制冷方式,将会得到进一步的研究及应用,本文韵相关研究为双级喷射制冷系统的性能最优化指明了方向。

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