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逆卡诺制冷循环
2 R3 _9 ~! `- p+ n6 g1 K1 X: w, h 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: ; ?. _- `! Y" ^
图1 逆卡诺循环
# {2 w+ t& @0 u6 ~ 劳伦茨循环 & o L" A1 j p) F- a# h/ D8 ~
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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。
0 ^& ~7 N8 F8 w) C 图2 劳仑兹循环
! y2 ] ^+ G8 ~! M* X4 R' ~ 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 " v& P5 n5 l, D8 d% H& B( Z
(1)
+ I% z# w/ ^0 a% ?! q: ~ Z (2)
. v) }9 H2 f& J0 ]" u. x7 J: k6 B+ h 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
) i0 o( C( `* W# M$ B2 m (3)
0 t8 H L; a. m- E* k" ~& q8 W 即相当于工作在T0m,Tm 之间的逆卡诺循环的制冷系数。
& j" b* q& F2 M 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。
" m( Q5 j$ E$ @: i/ U# A H 单级蒸气压缩混合工质制冷循环
2 X1 k1 s& i J2 C9 Y 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。 4 k- @& K# a) U: | V% x
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。 . a, e( D9 e4 `; C! ?; E9 M
图3 变温热源时逆卡诺循环 6 n3 v# u" F3 L
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。
- Z) F4 \8 Y4 S8 O- H (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 % ]; v$ Z1 k" p. i
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。 |