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喉管内激波前后马赫数之间的关系式
(7)
激波前后压力比可通过动量守恒方程导出 (8) 通过上述对蒸汽喷射泵内工作过程的具体描述和分析, 可知P2 = P3 = P4。上式 就是在这个前提下得到的。
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扩压管内的压力升高比为 (9)
Pc。
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数学模型
( 1) 将蒸汽喷射泵内流动的工质当作理想气体处理。 ( 2) 工质在蒸汽喷射泵内的流动是一维稳态绝热流动, 工作 蒸汽在工作喷嘴内的流动是一个等熵膨胀过程, 工作蒸汽与被 抽吸气体的混合物在扩压管内的流动是一个等熵压缩过程。 ( 3) 工作蒸汽与被抽吸气体在混合室内开始混合。 ( 4) 工作蒸汽与被抽吸气体具有相同的比重和热比容。 ( 5) 工作蒸汽和被抽吸气体都处于饱和状态, 且它们在进入 蒸汽喷射泵时的速度可忽略不计, 混合物从扩压管排出时的速 度可忽略不计。
些工艺过程需要的冷媒水。
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蒸汽喷射式制冷循环工作原理如图6．5所示。
蒸汽喷射式制冷循环基本工作过程是：锅炉A提供的高 温高压水蒸汽称为工作蒸汽。工作蒸汽被输送至蒸汽喷射器 (主喷射器)，在喷嘴B中绝热膨胀并迅速降压而获得很大的 流速(1000m／s以上)；在蒸发器E中由于制取冷量Q0而汽化 的水蒸汽被引入喷射器的混合室C中，与绝热膨胀后的高速 工作蒸汽混合，一同进入扩压管D。混合蒸汽在扩压管中将 速度能转变为压力能二被压缩到相应的冷凝压力pk然后进入 冷凝器H向环境介质放出热量Qk。由冷凝器引出的凝结水分 为两路，一路经节流器I节流降压至蒸发压力p0后在蒸发器E 中汽化吸热，另一路经凝水泵F送回锅炉继续加热循环。
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段。较高压力的工作蒸汽在工作喷嘴入口p点处以低于声速 的气流速度进入蒸汽喷射泵的工作喷嘴。在工作喷嘴的渐缩 段流动时, 其压力不断减小, 速度不断增加。在工作喷嘴的 喉部( 最小截面处, 1 点) , 气流速度达到音速, 即马赫数
等于1。工作蒸汽在进入工作喷嘴的渐扩段后,压力进一步下
降, 气流速度进一步增加, 达到超音速状态, 在工作喷嘴出 口截面处, 工作蒸汽的气流速度可达900~ 1200m / s 。
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混合阶段 2点截面到3点截面为工作蒸汽与被抽吸气体的混合阶段。工作蒸汽在工作喷嘴 出口截面处所形成的高速气流会在工作喷嘴出口附近形成低压区域 , 压力相对 较高的被抽吸气体就会在压力差的作用下, 被吸入到混合室。被抽吸气体在e 点被吸入抽气器, 从e点流动到3点的过程中, 速度不断增加, 压力在e点到2 点段不断下降到工作蒸汽在工作喷嘴出口截面处( 2点) 的压力。此后在混合 室段和喉管前段( 2到4) 混合物的压力就一直保持恒定值, 即P2 = Ps = P3 = P4。在混合室的前段( 2到 s), 工作蒸汽与被抽吸气体开始混合。在高速工作 蒸汽流的携带作用下, 被抽吸气体的速度不断增加并达到超音速状态(在s点截 面处达到音速)。而工作蒸汽因此速度不断下降, 在混合室的后段( s到3) 的 某一截面处工作蒸汽与被抽吸气体的流动速度达到相等, 之后保持恒定。在混 合室的后段( s到 3) , 工作蒸汽与被抽吸气体充分混合, 混合物的压力在其 进入喉管时已保持恒定。这里需要特别说明的是s点截面的位置并不是固定的, 而是随着抽气器运行条件的变化而变化的。
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蒸汽喷射泵内的质量平衡方程
(1)
被抽吸气体与工作蒸汽的质量流量比: (2) 为了便于分析和计算, 可用马赫数来描述工质的流动过程。 工作蒸汽在工作喷嘴出口截面处( 2点) 所达到的马赫 (3)
工作喷嘴效率一般取值范围为0.75~ 0.9
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成, 其基本结构见图1。在结构上,工作喷嘴采用了缩放
喷嘴的结构形式, 这种结构可以在其出口获得超音速气 流。在混合室与扩压管之间还设有一段等截面的喉管, 其作用是使工作蒸汽和被抽吸气体充分混合, 以减少突 然压缩损失和余速动能的损失。
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工作过程
膨胀增速阶段
p点截面到 2点截面为工作蒸汽在工作喷嘴内的膨胀增速阶
6)蒸汽喷射器的加工精度要求较高，循环中的工作蒸汽消耗 量较大，制冷循环效率较低。这一切都限制了蒸汽喷射式 制冷的实际应用。
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太阳能喷射式制冷系统
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蒸汽喷射泵主要由工作喷嘴、混合室及扩压管三部分组ຫໍສະໝຸດ 中南大学能源与科学工程学院
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4)蒸汽喷射式制冷以水作为制冷剂，根据需要可使制冷剂与 载冷剂合为一体，或者采用开式循环形式。由于水具有汽 化潜热大，无毒等优越性，所以系统安全可靠。 5)用水作为制冷剂制取低温时受到水的凝固点的限制。为了 获得更低的蒸发温度t0，正在研制以氨、氟利昂为制冷剂 的蒸气喷射式制冷机。另外将蒸汽喷射器与活塞式制冷压 缩机、吸收式制冷压缩机等串联，用以作为低压机，也能 获得较低的蒸发温度t0。
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从设计计算程序设计框图可以看出, 计算过程要求迭代计算。 因此在计算完工作蒸汽和被抽吸气体的质量流率后, 需给定 一个P2 的估计值,然后进行下一步计算, 求解式( 3 )-( 9 ) 并计算出一些相关参数, 其中包括Pc。将Pc 的计算值与第一 步给定的设计值进行比较, 如果其误差在允许范围内, 则可 继续进行下一步计算; 否则, 回到第五步重新给定一个新的 P2 估计值,反复第五到第七步, 直到误差 在允许范围内为止。 最后计算得出的结果即为蒸汽喷射泵设计的一些重要尺寸参 数, 其中包括工作喷嘴喉部截面积A1、工作喷嘴喉部与喉管 截面面积比A1 /A3和工作喷嘴出口与工作喷嘴喉部截面面积 比A2 /A1 等。
扩压管效率 一般其取值范围为0.7~ 0.9
工作喷嘴喉部( 1点) 截面面积为
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工作喷嘴喉部( 1点) 与喉管( 3点) 截面面积比为:
工作喷嘴出口( 2点) 与工作喷嘴喉部( 1点) 截面面积比为:
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在给定相关初始压力、质量流量、质量流量比及其它已知的原始数 据和初始参数的前提下,根据上述所建立的数学模型, 利用计算机 采用迭代计算的方法, 即可获得抽气器设计的一些重要尺寸参数
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压缩阶段 3点截面到c点截面为工作蒸汽与被抽吸气体的混合物的压缩阶
段。混合物在喉管内流动的过程中, 会在喉管内的某一截面
( 4点) 产生激波的现象, 激波会导致混合物压力的突升(从P4 升高到P5 ) 和气流速度的突降(从超音速v4 降到亚音速v5 )。 当混合物从喉管流入到扩压管内后, 其部分动能转化为压能, 从而使其流速进一步降低, 压力进一步上升至需达到的压力值
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被抽吸气体在工作喷嘴出口截面处( 2点)所达到的马赫数:
(4) 由于抽气器内的混合过程定义为一维稳态绝热过程, 所以此过 程满足动量和能量守恒定律。通过动量和能量守恒方程的联立, (5) 其中上标为* 的参数M* 称为速度系数, 它是流体速度与临界 速度(或临界声速) 之比。它与马赫数之间关系式为 (6) M*e2、M*p2 及M4 都是通过上式 计算得到的
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蒸汽喷射式制冷是一种以热能为动力的制冷方式。与溴
化锂吸收式制冷机相类似，都是依靠热能而工作的，但 蒸汽喷射式制冷机只用单一物质为制冷剂。虽然从理论 上谈可应用一般的制冷剂，如氨、氟利昂等，但到目前 为止，只有以水为制冷剂的蒸汽喷射式制冷机得到实际 应用。当用水为制冷剂时所制取的低温必须在0 ℃以上， 故蒸汽喷射式制冷机目前只用于空调装置或用来制取某
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蒸汽喷射式制冷循环的特点
蒸汽喷射式制冷利用制冷剂在低压下的相变汽化吸热 来制取冷量，与其他制冷循环相比，具有如下特点: 1)蒸汽喷射式制冷机的设备结构简单，金属耗量少，造 价低廉，运行可靠性高，使用寿命长，一般不需要备用设 备。 2)制冷系统操作简便，维修量少。 3)蒸汽喷射式制冷循环耗电量少，特别适用于有较多工 业余汽的场合，能节约能源。