可逆制冷循环

陈大威

8 c9 H: a I: V& { _( I1 m: Y8 J% E0 u% A: I3 J% C6 f w% o |, ~6 C$ @) Z" J$ u7 r2 s2 v1 n) V& o0 l1 W9 P' C; G6 |, M! y

2 H1 L+ p9 _0 T! o, P* E 可逆制冷循环

5 _8 L: X$ L4 E) b: _# i) t & q F% i* j9 `. q( J3 S3 A - [9 \- v" y; H: U/ g- n

! D( q3 s8 P- j6 C8 M& E 逆卡诺制冷循环 , z% N! |6 i. P1 w& C 　　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： 图1 逆卡诺循环 0 ]* j& c2 ^! W* ~8 @% ~) f 劳伦茨循环 ( c$ T" E/ l+ r6 f/ k, Y# `, t 　　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。 ; F1 s" J1 Q% ?, I9 M5 k 图2 劳仑兹循环 ) d Q4 i9 J% ~3 ^3 n 　　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 6 z$ O0 }: `4 Y4 A 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　(1) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　(2) 5 w/ T" O ~$ C+ i7 ~ 　　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 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　(3) 即相当于工作在T0m，Tm 之间的逆卡诺循环的制冷系数。 0 ^: u! ~4 k3 y7 M( F7 W 　　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。 单级蒸气压缩混合工质制冷循环 4 e6 Z( k* ]1 X6 z 　　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。 : F/ j# P8 W* L6 \/ }. u& B& D' @ 　　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。 8 I! U5 z J( ?$ g4 c 图3 变温热源时逆卡诺循环 . [8 J0 Y, d3 [( ? 　　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。 　　　　　　　　　　　 (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 　　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。