本發(fā)明涉及制冷技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種噴射器運行區(qū)間的優(yōu)化控制方法。

背景技術(shù)：

在噴射式制冷系統(tǒng)中，噴射器代替?zhèn)鹘y(tǒng)制冷系統(tǒng)中的壓縮機，是噴射式制冷系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。噴射器是一種將兩種不同壓力的流體相互混合并發(fā)生能量交換最終形成一股居中壓力的混合流體的裝置。它不直接消耗機械功或電能而提高流體壓力、溫度等參數(shù)，其結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、無運動部件，適于包括兩相流的任何流型下使用。噴射器很早就用于低品位熱源驅(qū)動的制冷系統(tǒng)，對于具有廢熱的場所是一個很好的能源回收方式。

噴射器通常由主噴嘴、接收室、混合室和擴壓室四部分組成。如圖1所示，當工作蒸氣流經(jīng)噴嘴時，氣流的靜壓能和熱能轉(zhuǎn)化成動能在噴嘴出口處形成低壓對引射流體產(chǎn)生抽吸作用，并由于射流邊界層的紊動擴散作用，與周圍被卷吸的引射流體混合進行能量交換，形成一股壓力居中的混合流體。工作流體和引射流體進到混合室后進行速度均衡通常還伴隨著壓力升高。隨后，流體進入擴壓室，速度不斷減緩，動能不斷轉(zhuǎn)化為靜壓能。

當噴射器的背壓不同時，噴射器處于三種不同的工作模式，分別為臨界模式、亞臨界模式、回流模式。如圖2所示，當背壓較小時，噴射器的噴射系數(shù)隨著背壓的增大始終保持恒值，且此時噴射系數(shù)為最大值。當背壓增大至臨界點時，繼續(xù)增大背壓，噴射系數(shù)迅速減小，直到減小為0。這個過程為亞臨界模式。背壓繼續(xù)增大，會發(fā)生回流現(xiàn)象，此時噴射器工作在回流模式。其中，臨界背壓為臨界模式與亞臨界模式互相轉(zhuǎn)換的臨界值，為噴射器的臨界工作點。

噴射器的操作模式受一次流壓力的影響極大，一次流壓力越高，噴射器運行成本越高，而其性能反而會下降。因此，在實際操作中，有必要精確的控制一次流的壓力，使其達到最優(yōu)值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提出了一種噴射器運行區(qū)間的優(yōu)化控制方法，該方法使得噴射器能夠運行在最優(yōu)工作區(qū)間，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：

一種噴射器運行區(qū)間的優(yōu)化控制方法，包括以下步驟：

(1)將噴射器一次流壓力與臨界背壓之間的關(guān)系近似為成正比的線性關(guān)系，其中，比例系數(shù)為K，未知常量為B，采用最小二乘法確定K值與B值；

(2)根據(jù)臨界背壓值，得到對應的噴射器最優(yōu)的一次流壓力值；

(3)定義噴射器臨界點處的比例系數(shù)K*；

(4)比例系數(shù)K_s為比例系數(shù)K*的設(shè)定倍數(shù)，根據(jù)比例系數(shù)K*和比例系數(shù)K_s將噴射器的工作區(qū)間劃分為三部分；

(5)根據(jù)噴射器實際工作時的比例系數(shù)K所處的工作區(qū)間，確定噴射器的工作狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)發(fā)生壓力值使得噴射器工作在穩(wěn)定運行狀態(tài)。

進一步地，所述步驟(1)的具體方法為：

1)確定一次流壓力與臨界背壓之間的關(guān)系為：

其中，P_g為一次流壓力，為臨界背壓，K和B為未知常量；

2)通過實驗，得到多組實驗數(shù)據(jù)：臨界背壓值P_c^*與對應的一次流壓力值P_g，采用最小二乘法來估計關(guān)系式中的未知參數(shù)K和B；

3)采用相關(guān)度R²來評估計算得到的P_g值的準確性。

進一步地，所述步驟2)的具體方法為：

將一次流壓力與臨界背壓的關(guān)系式用ΨX＝Γ+Δ表示；

其中，X＝[K B]^T，Δ為測量誤差，N為擬合點數(shù)；

進一步地，將公式用y＝f(x)表示，使用標準最小二乘法Χ^*＝(Ψ^ΤΨ)^-1Ψ獲得最佳X值，用X^*表示，由此，即可得到K值與B值的大小。

進一步地，所述步驟2)中，相關(guān)度R²的計算方法為：

其中，

其中，y_i為實際值，為y_i的平均值，f(x_i)為由x計算所得函數(shù)值；

R²越接近于1，相關(guān)度越高，準確度越高。

進一步地，所述步驟(2)中，噴射器臨界點處的比例系數(shù)K*具體為：

其中，為臨界背壓值，P_g為噴射器性能最優(yōu)時的一次流壓力值。

進一步地，所述步驟(3)中，比例系數(shù)K_s具體為：

K_s＝(1+ε)×K^*；

其中，K*為噴射器臨界點處的比例系數(shù)，ε為正數(shù)。

進一步地，所述步驟(4)中，

1)當K^*≤K≤K_s時，噴射器處于穩(wěn)定運行工作狀態(tài)；

2)當K＞K_s時，噴射器處于穩(wěn)定運行工作狀態(tài)，但過高的一次流壓力導致消耗更多的能源，此時需要調(diào)節(jié)泵使發(fā)生壓力達到最優(yōu)區(qū)間；

3)當K＜K^*時，噴射器工作在亞臨界模式或回流模式；需要通過調(diào)節(jié)泵來將發(fā)生壓力提高至最優(yōu)區(qū)間。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明方法能夠使得噴射器運行在最優(yōu)工作區(qū)間，有利于提高系統(tǒng)的能源使用效率和穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為噴射器組成圖及其工作壓力圖；

圖2為噴射器三種不同的工作模式示意圖；

圖3(a)為噴射系數(shù)、一次流壓力及背壓之間的三維關(guān)系圖；

圖3(b)為一次流壓力與背壓的關(guān)系示意圖；

圖3(c)為將不同工況下的臨界背壓值連線示意圖；

圖4為噴射器工作區(qū)間示意圖。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明：

一種噴射器運行區(qū)間的優(yōu)化控制方法，包括以下步驟：

(1)將噴射器一次流壓力與臨界背壓之間的關(guān)系近似為成正比的線性關(guān)系，其中，比例系數(shù)為K，未知常量為B，采用最小二乘法確定K值與B值；

(2)根據(jù)臨界背壓值，得到對應的噴射器最優(yōu)的一次流壓力值；

(3)定義噴射器臨界點處的比例系數(shù)K*；

(4)比例系數(shù)K_s為比例系數(shù)K*的設(shè)定倍數(shù)，根據(jù)比例系數(shù)K*和比例系數(shù)K_s將噴射器的工作區(qū)間劃分為三部分；

(5)根據(jù)噴射器實際工作時的比例系數(shù)K所處的工作區(qū)間，確定噴射器的工作狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)發(fā)生壓力值使得噴射器工作在穩(wěn)定運行狀態(tài)。

研究可得噴射系數(shù)、一次流壓力及背壓之間的三維關(guān)系圖如圖3(a)所示，為更清楚的表示，作圖3(b)，由圖3(b)可以清楚的看到，一次流壓力與背壓近似成正比的線性關(guān)系。圖3(c)中，將不同工況下的臨界背壓值連線，當噴射器結(jié)構(gòu)一定時，一次流壓力的增大會導致噴射系數(shù)的減小和臨界背壓的增大。

可得一次流壓力與臨界背壓之間的關(guān)系為其中，P_g為一次流壓力，為臨界背壓，K和B為未知常量。

可用最小二乘法來估計關(guān)系式中的未知參數(shù)，用ΨX＝Γ+Δ表示，其中，X＝[K B]^T，Δ為測量誤差，(N為擬合點數(shù))。

將公式用y＝f(x)表示，使用標準最小二乘法Χ^*＝(Ψ^ΤΨ)^-1Ψ獲得最佳X值，用X^*表示，由此，即可得到K值與B值的大小。

已知，評估用公式(第二步中已得出K、B)計算得到的P_g值的準確性時，用R²評估其相關(guān)度；

其中，

y_i為實際值，為y_i的平均值，f(x_i)為由x計算所得函數(shù)值；R²越接近于1，相關(guān)度越高，準確度越高。

因此，已知臨界背壓值時，由公式計算即可得出噴射器一次流壓力的最優(yōu)值。

實際運行中，噴射器難以始終保持在臨界點，為此，定義一個運行區(qū)間，在此區(qū)間內(nèi)，噴射器均可高效穩(wěn)定運行，即最優(yōu)區(qū)間，將噴射器運行區(qū)間控制在此范圍內(nèi)具有重要意義。

以下提供噴射器優(yōu)化運行區(qū)間控制方法。

對于噴射式制冷系統(tǒng)，定義噴射器臨界點處斜率為K*，其中，為臨界背壓值，P_g為噴射器性能最優(yōu)時的一次流壓力值。定義K_s：K_s＝(1+ε)×K^*，ε為正數(shù)，例如0.1。

為評估噴射器工作點的性能，噴射器工作區(qū)間可由K*，K_s劃分為三部分，如圖4。為確保系統(tǒng)的穩(wěn)定的運行，使噴射器運行在最優(yōu)區(qū)間，圖4中陰影部分，圖4中，P_gL為臨界工作狀態(tài)時(即K取值為K*時)的一次流壓力值，P_gH為當K取值為K_s時的一次流壓力值，P_cL、P_cH根據(jù)實際工作狀態(tài)確定。

分析并設(shè)計方法如下：

1)當K^*≤K≤K_s時，噴射器系統(tǒng)可有效穩(wěn)定的運行。

2)當K＞K_s時，噴射器可穩(wěn)定工作，但過高的一次流壓力導致消耗更多的能源，此時需要調(diào)節(jié)泵使發(fā)生壓力達最優(yōu)區(qū)間內(nèi)，即一次流壓力值在P_gL至P_gH之間。

3)當K＞K^*時，系統(tǒng)極可能工作在亞臨界模式或回流模式。因此，需要通過調(diào)節(jié)泵來將發(fā)生壓力提高至最優(yōu)區(qū)間內(nèi)，即一次流壓力值在P_gL至P_gH之間。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。