بررسي قانون اول و دوم ترموديناميك سيكل تبريد اجكتوري-انبساطي با بكارگيري مبرد فوق بحراني N2O

First and second laws of thermodynamics analysis of transcritical N2O refrigeration cycle with an ejector

در اين مطالعه با آناليز قانون اول و دوم ترموديناميك سيكل تبريد اجكتوري - انبساطي (EERC) با بكارگيري مبرد N2O تاثير برخي پارامترهاي كليدي بر عملكرد سيكل بررسي شد. نتايج شبيه سازي سيكل تبريد اجكتوري-انبساطي با مبرد N2O نشان داد كه نسبت مكش اجكتور به عنوان يك پارامتر تاثيرگذار بر عملكرد سيكل، نسبت مستقيم با فشار مبرد در خروج از كمپرسور خواهد داشت اما كيفيت مبرد خروجي از اجكتور نسبت عكس با فشار مبرد خروجي از كمپرسور دارد. مشاهده شد كه با افزايش فشار مبرد در خروج از كمپرسور و در نتيجه افزايش نسبت مكش اجكتور، ضريب عملكرد سيكل افزايش يافته و بعد از رسيدن به بيشينه مقدار با كاهش همراه است. همچنين ضريب عملكرد سيكل با افزايش دماي اواپراتور افزايش مي‌يابد. مشخص گرديد كه ضريب عملكرد سيكل تبريد اجكتوري - انبساطي 12 درصد بيشتر از سيكل تبريد با مبدل حرارتي داخلي و 14 درصد بيشتر از سيكل تبريد تراكمي بخار است همچنين بازده اگزرژي آن به ترتيب 15 و 16.5 درصد بالاتر از سيكل تبريد با مبدل حرارتي داخلي و سيكل تبريد تراكمي بخار است. همچنين تلفات اگزرژي سيكل تبريد اجكتوري - انبساطي به ترتيب 54 و 63.3 كمتر از دو سيكل تبريد تراكمي بخار و سيكل تبريد با مبدل حرارتي داخلي خواهد. در ادامه تاثير نوع مبرد بر عملكرد سيكل تبريد اجكتوري - انبساطي مقايسه گرديد، مشخص گرديد كه با مبرد N2O سيكل مذكور عملكرد بهتري خواهد داشت بطوري كه بيشترين ضريب عملكرد با انتخاب مبرد N2O و به ميزان 5.012 خواهد بود كه در فشار بالاي برابر با MPa 7.328 سيكل حاصل مي‌گردد.

An ejector-expansion refrigeration cycle employing N2O is studied in this paper and thermodynamic and exergy analysis is carried out to find out the effect of some key factor within the system and draw a comparison between this model and the others employing the same refrigerant and also CO2. Furthermore, the model developed in this study was validated by the same model proposed in other studies for CO2 as working fluid within the three types of these cycles, vapor-compression refrigeration cycle (VCRC), internal heat exchanger cycle (IHEC) and ejector-expansion refrigeration cycle (EERC). The results for N2O showed that the ejector entrainment ratio, one of the important parameters in ejector-expansion cycles representing the proportion of vapor and liquid in the outlet of ejector noticeably varies with high-side pressure of the cycle, just opposite the variation of vapor at the outlet of the ejector. The results show that Ejector-Expansion Refrigeration Cycle obviously has the highest maximum coefficient of performance and exergy efficiency by about 12% and 14% more than Internal Heat Exchanger Cycle; meanwhile these are about 15% and 16.5% higher than Vapor-Compression Refrigeration Cycle ones, respectively. Moreover, the total exergy destruction in N2O ejector-expansion cycle is 63.3% and 54% less than IHEC and VCRC and the exergy destructed in expansion process within EERC is 19.39% and 40.497% of total destruction less than IHEC and VCRC. Furthermore, the highest COP for vapor-compression refrigeration, internal heat exchanger and ejector-expansion refrigeration cycles is corresponding to the high side pressure of 7.328 MPa, while this value for CO2 refrigeration cycle is about 8.5 MPa.