Untersuchung eines Ejektors in einem R744-Kältekreislauf

Tischendorf, Christian

Thema dieser Arbeit ist die Untersuchung eines R744-Kältekreislaufes mit Ejektor. Die Arbeit gliedert sich in einen theoretischen und einen experimentellen Teil. Im theoretischen Teil wird der gesamte Kältekreislauf mit Ejektor untersucht. Dabei werden die durch Entropieproduktion auftretenden Verluste analysiert. Als Grundlage für die Berechnung der Drosselverluste und der Entropieproduktion in einem R744-Kältekreislauf wurde eine Wärmepumpe herangezogen. Für die Berechnung zur Effizienzsteiterung wurde eine Omnibusklimaanlage gewählt. Die Entropieanalyse zeigt, dass die Verluste mit Hilfe eines zweiten Verdampfers reduziert werden können. Das Steigerungspotential der energetischen Effizienz eines R744-Ejektorkältekreislaufs mit Hilfe eines zweiten Verdampfers belegen die Berechnungen zur Omnibusklimaanlage. Bestandteil der Berechnungen ist der Vergleich verschiedener Kreislaufverschaltungen. Alle Berechnungen werden mit Modellen einer für die Beschreibungssprache Modelica erstellten Modellbibliothek durchgeführt. Der experimentelle Teil beinhaltet die Untersuchung zur Ejektorgeometrie und die Entwicklung einer Massenstromkorrelation, die für Modelle zur Simulation von Kältekreisläufen genutzt werden kann. Hierfür wurde neben einzelnen Düsen auch ein Ejektor entworfen und gefertigt. Mit Hilfe einer Literaturrecherche konnten die optimalen Geometrieparameter für den Ejektor gefunden werden. Die Ergebnisse der einzelnen Arbeiten aus der Literaturrecherche werden dargestellt und die jeweils optimalen Geometrieparameter werden anschließend zusammengefasst. Der letzte Teil der Arbeit beinhaltet die Beschreibung der einzelnen Parameter und der dimensionslosen Größen der empirischen Massenstromkorrelation. Grundlage für die Entwicklung der Korrelation waren Messungen des Massendurchflusses in den Düsen und dem Ejektor. Vier verschiedenartige Düsen mit unterschiedlichen geometrischen Eigenschaften und eine Ejektortreibdüse wurden untersucht. Für die Düsen und den Ejektor wurde der Massendurchfluss bei verschiedenen Ein- und Austrittszuständen des Kältemittels gemessen. Zunächst wurden nur die einzelnen Düsen untersucht, bei denen das Kältemittel in Form eines Freistrahls aus der Düse austritt. In einem zweiten Schritt wurde der Massendurchfluss durch die Treibdüse im Ejektor gemessen. Die Korrelation wurde erweitert und so angepasst, dass damit der Massenstrom in einem Ejektor berechnet werden kann.

The topic of this work is an investigation of an R744 refrigerant circuit with an ejector. The work is divided into a theoretical and an experimental part. In the theoretical part the whole of the cooling cycle with ejector is investigated. As part of this, the losses caused as a result of the generation of entropy are analysed. A heat pump was used as the basis for the calculation of the throttling losses and the generation of entropy in an R744 refrigerant circuit. A bus HVAC unit was selected for the calculation of the increase in efficiency. The entropy analysis shows that the losses can be reduced with the aid of a second evaporator. The potential for improvement in the energy efficiency of an R744 ejector refrigerant circuit with the aid of a second evaporator is proved by the calculations for the bus HVAC unit. An element in the calculations is the comparison of various circuit interconnections. All calculations in the theoretical part of the work are carried out with models of a model library constructed for the description language, Modelica. The experimental part comprises an investigation of the ejector geometry and the development of a mass flow correlation which can be used on models for the simulation of refrigerant circuits. In addition to individual nozzles, an ejector was also designed and manufactured for this. The optimal geometry parameters for the ejector could be found with the help of literature research. The results of the individual items of work from the literature research are presented and each of the optimal geometry parameters are then summarized. The last part of the work consists of the description of the individual parameters and the dimensionless size of the empirical mass flow correlation. The basis for the development of the correlation were measurements of the mass flow in the nozzles and the ejector. Four different kinds of nozzles with various geometric properties and an ejector motive nozzle were investigated. The mass flow for various entry and exit conditions of the refrigerant were measured for the nozzles and the ejector. Initially only those individual nozzles were investigated for which the refrigerant left the nozzle in the form of an open jet. In a second step the mass flow through the jet nozzles in the ejector was measured. The correlation was extended and adjusted in such a way that it could be used to calculate the mass flow in an ejector.

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Tischendorf, Christian: Untersuchung eines Ejektors in einem R744-Kältekreislauf. 2013.

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