一种喷射器运行区间的优化控制方法与流程

本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种喷射器运行区间的优化控制方法。

背景技术：

在喷射式制冷系统中，喷射器代替传统制冷系统中的压缩机，是喷射式制冷系统中的关键部件。喷射器是一种将两种不同压力的流体相互混合并发生能量交换最终形成一股居中压力的混合流体的装置。它不直接消耗机械功或电能而提高流体压力、温度等参数，其结构简单、成本低廉、无运动部件，适于包括两相流的任何流型下使用。喷射器很早就用于低品位热源驱动的制冷系统，对于具有废热的场所是一个很好的能源回收方式。

喷射器通常由主喷嘴、接收室、混合室和扩压室四部分组成。如图1所示，当工作蒸气流经喷嘴时，气流的静压能和热能转化成动能在喷嘴出口处形成低压对引射流体产生抽吸作用，并由于射流边界层的紊动扩散作用，与周围被卷吸的引射流体混合进行能量交换，形成一股压力居中的混合流体。工作流体和引射流体进到混合室后进行速度均衡通常还伴随着压力升高。随后，流体进入扩压室，速度不断减缓，动能不断转化为静压能。

当喷射器的背压不同时，喷射器处于三种不同的工作模式，分别为临界模式、亚临界模式、回流模式。如图2所示，当背压较小时，喷射器的喷射系数随着背压的增大始终保持恒值，且此时喷射系数为最大值。当背压增大至临界点时，继续增大背压，喷射系数迅速减小，直到减小为0。这个过程为亚临界模式。背压继续增大，会发生回流现象，此时喷射器工作在回流模式。其中，临界背压为临界模式与亚临界模式互相转换的临界值，为喷射器的临界工作点。

喷射器的操作模式受一次流压力的影响极大，一次流压力越高，喷射器运行成本越高，而其性能反而会下降。因此，在实际操作中，有必要精确的控制一次流的压力，使其达到最优值。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种喷射器运行区间的优化控制方法，该方法使得喷射器能够运行在最优工作区间，保证了系统的稳定运行。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种喷射器运行区间的优化控制方法，包括以下步骤：

(1)将喷射器一次流压力与临界背压之间的关系近似为成正比的线性关系，其中，比例系数为K，未知常量为B，采用最小二乘法确定K值与B值；

(2)根据临界背压值，得到对应的喷射器最优的一次流压力值；

(3)定义喷射器临界点处的比例系数K*；

(4)比例系数K_s为比例系数K*的设定倍数，根据比例系数K*和比例系数K_s将喷射器的工作区间划分为三部分；

(5)根据喷射器实际工作时的比例系数K所处的工作区间，确定喷射器的工作状态，通过调节发生压力值使得喷射器工作在稳定运行状态。

进一步地，所述步骤(1)的具体方法为：

1)确定一次流压力与临界背压之间的关系为：

其中，P_g为一次流压力，为临界背压，K和B为未知常量；

2)通过实验，得到多组实验数据：临界背压值P_c^*与对应的一次流压力值P_g，采用最小二乘法来估计关系式中的未知参数K和B；

3)采用相关度R²来评估计算得到的P_g值的准确性。

进一步地，所述步骤2)的具体方法为：

将一次流压力与临界背压的关系式用ΨX＝Γ+Δ表示；

其中，X＝[K B]^T，Δ为测量误差，N为拟合点数；

进一步地，将公式用y＝f(x)表示，使用标准最小二乘法Χ^*＝(Ψ^ΤΨ)^-1Ψ获得最佳X值，用X^*表示，由此，即可得到K值与B值的大小。

进一步地，所述步骤2)中，相关度R²的计算方法为：

其中，

其中，y_i为实际值，为y_i的平均值，f(x_i)为由x计算所得函数值；

R²越接近于1，相关度越高，准确度越高。

进一步地，所述步骤(2)中，喷射器临界点处的比例系数K*具体为：

其中，为临界背压值，P_g为喷射器性能最优时的一次流压力值。

进一步地，所述步骤(3)中，比例系数K_s具体为：

K_s＝(1+ε)×K^*；

其中，K*为喷射器临界点处的比例系数，ε为正数。

进一步地，所述步骤(4)中，

1)当K^*≤K≤K_s时，喷射器处于稳定运行工作状态；

2)当K＞K_s时，喷射器处于稳定运行工作状态，但过高的一次流压力导致消耗更多的能源，此时需要调节泵使发生压力达到最优区间；

3)当K＜K^*时，喷射器工作在亚临界模式或回流模式；需要通过调节泵来将发生压力提高至最优区间。

本发明的有益效果：

本发明方法能够使得喷射器运行在最优工作区间，有利于提高系统的能源使用效率和稳定性。

附图说明

图1为喷射器组成图及其工作压力图；

图2为喷射器三种不同的工作模式示意图；

图3(a)为喷射系数、一次流压力及背压之间的三维关系图；

图3(b)为一次流压力与背压的关系示意图；

图3(c)为将不同工况下的临界背压值连线示意图；

图4为喷射器工作区间示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种喷射器运行区间的优化控制方法，包括以下步骤：

(1)将喷射器一次流压力与临界背压之间的关系近似为成正比的线性关系，其中，比例系数为K，未知常量为B，采用最小二乘法确定K值与B值；

(2)根据临界背压值，得到对应的喷射器最优的一次流压力值；

(3)定义喷射器临界点处的比例系数K*；

(4)比例系数K_s为比例系数K*的设定倍数，根据比例系数K*和比例系数K_s将喷射器的工作区间划分为三部分；

(5)根据喷射器实际工作时的比例系数K所处的工作区间，确定喷射器的工作状态，通过调节发生压力值使得喷射器工作在稳定运行状态。

研究可得喷射系数、一次流压力及背压之间的三维关系图如图3(a)所示，为更清楚的表示，作图3(b)，由图3(b)可以清楚的看到，一次流压力与背压近似成正比的线性关系。图3(c)中，将不同工况下的临界背压值连线，当喷射器结构一定时，一次流压力的增大会导致喷射系数的减小和临界背压的增大。

可得一次流压力与临界背压之间的关系为其中，P_g为一次流压力，为临界背压，K和B为未知常量。

可用最小二乘法来估计关系式中的未知参数，用ΨX＝Γ+Δ表示，其中，X＝[K B]^T，Δ为测量误差，(N为拟合点数)。

将公式用y＝f(x)表示，使用标准最小二乘法Χ^*＝(Ψ^ΤΨ)^-1Ψ获得最佳X值，用X^*表示，由此，即可得到K值与B值的大小。

已知，评估用公式(第二步中已得出K、B)计算得到的P_g值的准确性时，用R²评估其相关度；

其中，

y_i为实际值，为y_i的平均值，f(x_i)为由x计算所得函数值；R²越接近于1，相关度越高，准确度越高。

因此，已知临界背压值时，由公式计算即可得出喷射器一次流压力的最优值。

实际运行中，喷射器难以始终保持在临界点，为此，定义一个运行区间，在此区间内，喷射器均可高效稳定运行，即最优区间，将喷射器运行区间控制在此范围内具有重要意义。

以下提供喷射器优化运行区间控制方法。

对于喷射式制冷系统，定义喷射器临界点处斜率为K*，其中，为临界背压值，P_g为喷射器性能最优时的一次流压力值。定义K_s：K_s＝(1+ε)×K^*，ε为正数，例如0.1。

为评估喷射器工作点的性能，喷射器工作区间可由K*，K_s划分为三部分，如图4。为确保系统的稳定的运行，使喷射器运行在最优区间，图4中阴影部分，图4中，P_gL为临界工作状态时(即K取值为K*时)的一次流压力值，P_gH为当K取值为K_s时的一次流压力值，P_cL、P_cH根据实际工作状态确定。

分析并设计方法如下：

1)当K^*≤K≤K_s时，喷射器系统可有效稳定的运行。

2)当K＞K_s时，喷射器可稳定工作，但过高的一次流压力导致消耗更多的能源，此时需要调节泵使发生压力达最优区间内，即一次流压力值在P_gL至P_gH之间。

3)当K＞K^*时，系统极可能工作在亚临界模式或回流模式。因此，需要通过调节泵来将发生压力提高至最优区间内，即一次流压力值在P_gL至P_gH之间。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。