摘 要

在工业生产中有大量的中低温工业余热被直接排出，在资源极度紧张的今天造成了极大浪费。喷射式制冷系统可以利用低品位热能，故可以对工业余热和太阳能等低品位热源加以利用。

本设计以R245fa为制冷工质，利用MATLAB模拟了喷射式制冷循环，通过REFPROP计算调用出工质在系统中各个关键点的状态参数，并分析了蒸发温度、发生温度和冷凝温度对系统性能的影响。

根据软件模拟计算出的各个关键点的状态参数，对蒸发器和发生器进行设计。根据传热量和传热系数估算面积，同时确定流速。计算出管子数和管长等关键参数，综合考虑结构简单性、紧凑性和加工容易性等方面选取标准规格。选择适合的管子排列方式，进行阻力校核。校核通过后，利用CAD绘制换热器。

关键词：喷射式制冷 模拟 换热器

Design of 100kW ejector Refrigeration System

Abstract

In industrial production, a large amount of medium-low temperature heat is directly discharged.In a time of extreme resource constraints, it is a great waste.Ejector refrigeration systems can use low-grade heat energy,so low-grade heat sources such as industrial residual heat and solar energy can be used.

This design uses R245fa as the cooling working material. The ejector refrigeration cycle was simulated by MATLAB.The status parameter of each working point in the system is called by REFPROP calculation and the effects of evaporation temperature condensation temperature on system performance were analyzed.

The evaporator and generator are designed based on the state parameters of each key point calculated by the software simulation.The area is estimated based on the amount of heat transfer and the heat transfer coefficient, and the flow rate is determined.Calculate key parameters such as tube number and tube length,standard specifications are selected in consideration of structural simplicity, compactness, and ease of processing.Select the appropriate tube arrangement for resistance check. After the check is passed, the heat exchanger is drawn using CAD.

Key Words：Ejector Refrigeration;Simulation;Heat Exchanger

目 录

第一章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2.喷射式制冷系统的研究现状 2

1.2.1对制冷剂的研究 2

1.2.2对制冷系统的研究 3

1.2.3对喷射器的研究进展 6

1.3研究内容 6

第二章 喷射式制冷循环性能分析 7

2.1循环过程简介 7

2.2循环过程热力学分析 8

2.2.1喷射器内部热力过程 8

2.2.2系统其它部件热力学分析 10

2.2.3计算流程 11

2.3计算结果及系统性能分析 12

2.3.1冷凝温度变化时对系统性能影响 12

2.3.2蒸发温度变化对系统性能的影响 14

2.3.3发生温度变化对系统性能的影响 16

2.4小结 18

第三章 换热器热力计算 19

3.1初始数据计算 19

3.2传热面积估算及传热面结构计算 20

3.2.1查取流体物性参数 20

3.2.2传热面积估算 21

3.3管程计算 22

3.4壳程结构及换热计算 23

3.5传热面积及壁温校核计算 26

3.6阻力校核计算 27

3.7小结 29

第四章 换热器结构计算 31

4.1壳体，管箱壳体及封头 31

4.1.1壳体内径及壁厚 31

4.1.2接管 31

4.2管板 31

4.2.1管板结构 31

4.2.2厚度及尺寸 32

4.3法兰 32

4.4换热管 32

4.4.1规格尺寸及偏差 32

4.4.2管子排列方式 32

4.5折流板 32

4.6拉杆 32

4.6.1拉杆的结构 32

4.6.2拉杆的尺寸 32

第五章 结论 33

参考文献 34

致谢 37

附录1：循环系统迭代代码 38

附录2：改变冷凝温度对系统性能影响的分析 41

附录3：改变蒸发温度对系统性能影响的分析 44

附录4：改变发生温度对系统性能影响的分析 47

附录5：蒸发器设计程序代码 50

附录6：发生器设计程序代码 56

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

喷射式制冷循环中不再采用压缩机来维持蒸发器中压力保持在蒸发压力左右，而采用的是喷射器来替代实现这部分功能。

其工作原理如图1所示，流体在发生器中获得热量从液体变成气体蒸发，密度降低压力增大，这部分蒸汽进入喷射器。在喷嘴内速度升高，压力急剧降低，而压力降低导致喷嘴内真空。由于蒸发器内压力远远大于喷嘴内压力，在两侧压力差作用下蒸发器中二次流体被吸入喷射器，在喷射器混合室中与一次流体进行混合，混合过程包括动能与热能的交换。充分混合之后的流体从混合室中经过喷射器喷射，进入冷凝器与外界交换热量，重新变为液态，流出冷凝器。然后冷凝液将分为两部分，一部分重新作为二次流体在系统内工作，同样经过节流阀进入蒸发器然后被一次流体引射。另一部分通过泵的作用打入发生器，吸收来自太阳能或者其他废热源的热量，重新作为一次流体在系统内循环。

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