可逆制冷循环

陈大威

( t1 Z1 S1 l/ J* \$ S. ]: q, m' q* l4 Y, T# a& Y1 g! K5 j! p( M0 r4 \7 U$ _% k6 X* ]8 `( Y! H2 J# E; `: o7 w$ Z7 G3 h

' e2 n( k8 Y2 i 可逆制冷循环

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( J% k' U6 N; A/ ?- C5 ]( F2 s 逆卡诺制冷循环 　　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 劳伦茨循环 R6 R4 r! Q2 X% C* T9 ~ ! k) n3 h [8 O, S0 W 　　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。 图2 劳仑兹循环 　　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 # X* G2 f% [& V- j ^ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　(1) 0 }( w9 K$ ~5 @4 m5 [0 t2 C( @# o 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　(2) 　　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 5 {8 w* x. ~0 A" Y. E 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　(3) ! h6 Z3 r# l) q, i 即相当于工作在T0m，Tm 之间的逆卡诺循环的制冷系数。 　　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 # V! i, N' r6 ` b/ T 　　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。 0 {0 y Q$ Q a6 j9 P) k- K5 D$ E; v 　　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。 图3 变温热源时逆卡诺循环 5 R/ m% {" R- X 　　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。 " T" K* P* @6 ^# [% F: _ 　　　　　　　　　　　 (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。