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逆卡诺制冷循环
: M% g& F" I% e 定义:设有恒温热源和恒温热汇,其温度分别为TL 和TH ,在这两个温度 之间的可逆制冷循环是卡诺制冷循环。卡诺制冷循环的原理图如下所示: Y0 H% T! F9 \ S8 E- H& L4 k' ?
图1 逆卡诺循环 0 u) N9 U+ N' {3 y6 a; P9 ^
劳伦茨循环
5 v- q y) u( v4 N9 d/ ] / _# ~/ }. V4 N
劳仑兹循环热源的热容量是有限的,在与制冷工质进行热量交换过程中, 热源的温度也将发生变化,即被冷却物体(冷源)的温度将逐渐下降,环境介质(热源) 的温度将逐渐上升。为了达到变温条件下耗功最小的目的,应使制冷工质在吸、 排热过程中其温度也发生变化,而且变化趋势与冷、热源的变化趋势完全一样, 使制冷工质与冷、热源之间进行热交换过程中的传热温差始终为无限小,没有不可逆换热损失, 另外两个过程仍分别为可逆绝热压缩与可逆绝热膨胀过程,如图2所示。这样, 1-2-3-4-1即为一个变温条件下的可逆逆向循环--劳仑兹循环。显然,实现这一循环所消耗 的功为最小,制冷系数达到在给定条件下的最大值。
, \( r% R- d! ?$ O: s. @ 图2 劳仑兹循环
0 ^* ]% Y2 i, A3 L+ h o 为了表达变温条件下可逆循环的制冷系数,可采用平均当量温度这一概念。若用T0m表示工质的 平均吸热温度,用Tm表示工质的平均放热温度,则
" w/ L3 n' y# }. H2 D (1) ; g5 s! p( x# w# ]# y; h
(2)
, `- S* P s0 J" u 与的大小分别可用面积41562和23652表示,平均吸热温度 T0m与平均放热温度 Tm就是以熵差为底、面积分别等于41564和23652的矩形的高度。变温情况下可逆循环的制冷系数可表示为 6 h2 \. B+ H8 m
(3) ! D+ m* B; G2 A8 l4 n
即相当于工作在T0m,Tm 之间的逆卡诺循环的制冷系数。 / G* r8 _3 }7 ]
劳伦茨循环如右图所示,循环由两个变温过程和两个等熵过程组成。
( G% ]2 i6 @1 l: u% }. ]; E# j# T- K# i 单级蒸气压缩混合工质制冷循环
) n8 X: j1 e4 d& T& C5 T' N 制冷机在实际工作过程中,冷却介质和被冷却物体的温度将发生变化,冷凝器和蒸发器中也不可 避免地存在因温差传热而引起的不可逆损失。为了减少这种不可逆损失,制冷工质和传热介质之间应 保持尽可能小的传热温差。 $ X2 r7 k0 r0 g7 q/ h+ R/ R- s: q* f
非共沸混合制冷剂在等压下冷凝或蒸发时温度均发生变化,冷凝时温度由Tk 逐渐降低至Tk', 蒸发时温度由T0逐渐升高至T0' ,我们利用这一特性,采用非共沸混合工质就可以达到减少传热温差的目的, 如图3所示。极限情况下循环即变为劳仑兹循环。 2 h. K8 \$ H2 y2 [/ w7 }$ e
图3 变温热源时逆卡诺循环 & e* }/ ?& ~) X) K5 Q
非共沸混合制冷剂单级蒸气压缩制冷循环的T-S图及p-h 图如图4所示。它与纯制冷剂循环的区别仅 在于制冷剂在冷凝和蒸发晨温度在不为断地变化。
3 d' K$ n' D2 |$ _ (a)T-S图 (b)p-h图 图4 非共沸混合制冷剂单级蒸汽压缩制冷循环的T-S图及p-h图 4 B9 y8 |. b; N7 y6 v
采用非共沸混合工质不仅可以达到节能,而且可以扩大温度使用范围。 |