远洋渔船废热驱动喷射制冷的基础问题研究

Refrigeration driven by waste heat is important in energy saving for fishing vessels because a great amount of waste heat from engine is exhausted. On the other hand, the fresh fish needs cooling for preservation. Ejection refrigeration which is simply constructed, compact and of high reliability is applied in this project so as to solve the technical difficulties of heat driven refrigeration, such as the very restricted room on the fishing vessels, the low cooling temperature required and the wavy of the deck. On the foundation of researching grading refrigeration, cycle coupling and grade promotion of cooling capacity, a new two stage auto-cascade deep cooling ejection refrigeration cycle driven by two heat sources is proposed to solve the problems that traditional cycle driven by waste heat is hard to realize deep cooling and of low efficiency. The mechanisms of coupling of the subcycles and the pattern of distribution and managing of the energy streams of the new cycle will be investigated in this project. In addition, the over gravity and less gravity of refrigeration system caused by the toss of the deck and its impact on the system will also be studied to reduce its negative impact by reasonable system structure optimization. The result of the project will provide basis for compact heat driven deep cooling methods and for mechanism investigation of refrigeration system in over and less gravity situations.

远洋渔船的发动机排放大量废热，而鱼类产品又需要低温冷冻保鲜，如何利用废热实现冷冻保鲜是渔船节能的关键。针对远洋渔船空间限制严格、所需制冷温度低、船体起伏波动大等废热制冷的技术难题，本项目采用结构简单、紧凑、可靠性高的喷射制冷技术，在研究分级制冷、循环耦合和冷量品位提升原理的基础上，提出了一个双热源驱动的自复叠深度冷冻两级喷射制冷新循环;新循环采用自复叠技术以实现深度冷冻，从而解决传统废热制冷难以实现深度冷冻以及制冷效率低的问题。本项目将研究新循环内部各子循环的耦合机理、能量流分布以及调控规律；此外，本项目还研究由于船体颠簸所引起的制冷系统失重和超重问题及其对系统性能的影响规律，以期通过合理的系统结构优化，最大限度地消除由于超重和失重对制冷系统带来的负面影响。本项目研究成果将为紧凑型的废热驱动深度冷冻制冷方法提供基础，也将为制冷系统在失重和超重状态时性能影响机理研究提供基础。

针对远洋渔船空间限制严格、所需制冷温度低、船体起伏波动大等废热制冷的技术难题，本项目采用结构简单、紧凑、可靠性高的热驱动喷射制冷技术，提出了一个双热源驱动的自复叠深度冷冻两级喷射制冷新循环;新循环采用自复叠技术以实现深度冷冻，从而解决传统废热制冷难以实现深度冷冻以及制冷效率低的问题。此外，本项目还研究了由于船体颠簸所引起的制冷系统失重和超重问题及其对系统性能的影响，最大限度地消除由于颠簸对制冷系统带来的负面影响。本项目研究成果为紧凑型的废热驱动深度冷冻制冷方法提供了基础，也为制冷系统在颠簸状态时性能影响机理研究提供了基础。主要工作分为以下几点：.1. 双热源两级喷射制冷系统研究方面：.1）提出了双热源两级喷射式制冷系统，实现不同品位热源同时利用，并选取R236fa作为新系统循环工质。.2） 利用气体动力学函数法对新系统中的高压级喷射器、低压级喷射器进行了设计计算，得到了关键结构参数。.3）理论分析了新系统性能随外部工况的变化规律，并与传统单级喷射式制冷系统进行了对比。结果表明，若不计低温热源成本，新系统通过额外利用低品位热源，相比传统喷射式制冷系统可以多提供30 %的制冷量。.4）理论分析了气体引射器性能以及内部运行机理随喉嘴距的变化规律。结果表明，当临界引射比随着喉嘴距的增加而增加时，临界引射比由引射流体在锥形混合室内的壅塞现象决定；当临界引射比不再随喉嘴距变化时，临界引射比由混合流体在圆柱形混合室内的壅塞现象决定。.5）设计并搭建了喷射式制冷实验系统，通过阀切换实现不同的实验流程。设计加工了可调式喷射器，实验研究了气体引射器性能随喉嘴距的变化规律。.6）实验研究了新系统性能随外部工况的变化规律，并与传统单级喷射式制冷系统进行了对比。.2. 船体颠簸的影响研究方面：.1）理论分析废热驱动的喷射式制冷系统各部件在海上运行工况下受影响的可能性及程度，从而找出受渔船颠簸影响最大的关键部件为气液分离器。.2）理论分析了气液分离器在有颠簸的条件下对内部液体的相态分布和波动的影响。.3）搭建三自由度摇摆平台与气液分离器出气量测定实验台，模拟船舶在海上的颠簸工况实验研究在颠簸的工况下不同水位的气液分离器的出气带液量，从而找出气液分离器的适宜液位。.4）对气液分离器进行改进设计，从而为气液分离器适应远洋渔业的运行工况提供理论基础。