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逆卡诺制冷循环
5 s: {. Z' y( {6 r8 M 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:
2 [6 T2 U$ j- m7 Y0 v5 w 图1 逆卡诺循环
* O7 R3 q0 h0 C5 W1 b P' ?" i 劳伦茨循环
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' p% H6 F! B) r- c 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。 % L! ~' b2 }, {2 Z
图2 劳仑兹循环
) o: o+ l- x" 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 ; h: {% _1 F4 y0 U! [" r
(1) " p( z6 Y v4 E+ f( k* r
(2) 7 _: {0 |5 g; N6 H R. k
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
, o# c$ c$ ^3 a& u+ ~0 g (3)
8 y: W' v; d% q D+ K 即相当于工作在T0m,Tm 之间的逆卡诺循环的制冷系数。 ) N2 S& N1 J6 }* B; `
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。
1 m3 Q6 [1 o- \1 x 单级蒸气压缩混合工质制冷循环 " K6 Y9 Q$ ]2 t* X* ~
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 D( X, a/ T8 J- c8 b
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。 6 n1 c3 n) B2 h8 @
图3 变温热源时逆卡诺循环
% W& o6 P+ r; `0 u& ~/ Z1 G# m 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。
, e: G# O% S. D6 y, I (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 & f# {' G( Y2 H7 C* S7 Z: K
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。 |