设为首页收藏本站
搜索
查看: 4537|回复: 0
打印 上一主题 下一主题

制冷的基本热力学原理

[复制链接]

15

主题

0

好友

377

积分

高中生

Rank: 4

金币
301
积分
377
精华
0
主题
15
帖子
21
跳转到指定楼层
1#
发表于 2006-3-15 14:38:24 |只看该作者 |倒序浏览
" J5 H7 q$ N9 c5 v7 T e5 P) F0 F3 ]; A9 G7 G6 D9 L8 V6 Z/ R4 h D# B0 I1 N% I4 T3 g& H& z) N: N: `0 [+ S4 F! F7 e# G" i7 Y+ o2 v8 j* C6 z1 ?5 M- Y6 p2 v4 y+ X& B1 d/ D* {0 D) X, l1 h! U/ W4 {: Q5 m
5 \: F9 T; h& m0 V" h& E3 F

制冷的基本热力学原理

2 g8 [" b9 V0 u* X1 n0 _
: z& M' Z# t$ \( Z8 _& c
C, V6 v4 o* T7 {" I
& A% x+ n9 W8 K2 B

+ P; s+ i/ d5 c! g( W9 M$ n

   从热力学角度说,制冷系统是利用逆向循环的能量转换系统。按补偿能量的形式(或驱动方式),前面所提及的制冷方法归为两大类:以机械能或电能为补偿的和以热能为补偿的。前者如蒸气压缩式、热电式制冷机等;后者如吸收、蒸气喷射、吸附式制冷机等。
两类制冷机的能量转换关系如图1所示。

! K1 B( j! S: J


图1 制冷机的能量转换关系
(a) 以电能或机械能驱动的制冷机        (b) 以热能驱动的制冷机

8 G2 s& e: n; `0 ?

  热力学关心的是能量转换的经济性,即花费一定的补偿能,可以收到多少制冷效果(制冷量)。为此,对于机械或电驱动方式的制冷机引入制冷系数 来衡量;对于热能驱动方式的制冷机,引入热力系数 来衡量。
                                  (1) 
                                  (2)

, `( U6 ~1 r: Z

6 `( T* [4 n' n

式中 ----- 制冷机的制冷量;
―― ------ 冷机的输入功;
―― ----- 驱动热源向制冷机输入的热量。

" h! k. X# D2 J2 }% O

   国外习惯上将制冷系数和热力系数统称为制冷机的性能系数COP(Coefficience of Performance)。我们要研究一定条件下COP的最高值。

) R# M- {# O6 }% Q4 U" F

  对于电能或机械能驱动的制冷机,参见图1(a)。制冷机消耗功w实现从低温热源(被冷却对象,温度 )吸热,向高温热源(通常为环境,温度 )排热。假定两热源均为恒温热源,向高温热源的排热量为 ,由低温热源的吸热量(即制冷量)为 ,制冷机为可逆循环。

+ l' H) w" d: t! M: b& S

   由热力学第一定律有

! }& M# q) [& v3 w

                                   (3)  

' E0 x! r% j7 ^0 j0 d, ~

   由热力学第二定律,在两个恒温热源间工作的可逆机,一个循环的熵增等于零,即
                                       (4)

; H" ]# L- O4 ~' R4 L0 u

   将式(3)代入式(4)得           

# b6 o% s0 f* H& H+ X" i; t; o/ Y

即                                 (5)

9 W5 J5 n# S3 D+ r

   由定义式(1),则可逆制冷的制冷系数为

0 q3 U/ K9 N6 r' U! z( J$ K. `7 I

                               (6)

7 Z3 H/ z/ h, r9 e$ a' G/ o+ n

   式(6)说明:①两恒温热源间工作的可逆制冷机,其制冷系数只与热源温度有关,而与制冷机使用的制冷剂性质无关。② 的值与两热源温度的接低程度有关, 越接近( / 越小),则 越大;反之 越小。实际制冷机制冷系数 随热源温度的变化趋势与可逆机是一致的。

: S+ J& s0 T# b* n7 u* l

   对于以热能驱动的制冷机,参见图 。制冷机从驱动热源(温度为 )吸收热量 作为补偿,完成从低温热原吸热,向高温热源排热的能量转换。我们假定驱动热源也是恒温热源,其它假定同前。那么类似地推导热能驱动的可逆制冷机的性能系数

( D" p3 p" E$ I% D6 g5 j. g( Z

   由热力学第一定律有:

" J* Z- R; v: H/ T# W) D

                                 (7)

- ]1 B/ O- Y" K2 |

   由热力学第二定律,循环中

$ r8 b2 r& H# p6 R% l: g' Z/ a

                                  

M' M. p5 ?& t6 g

8 M# h) P# D* _5 i4 n. I

                                    (8)

4 q0 V4 P6 |3 ]2 e( j0 Q

   利用式(7), (8)和定义式(2)得出,热能驱动的可逆制冷机的热力系数
                            (9)

% x7 Q' f9 i" q$ _/ A' t

   上式右边的第一个因子就是上面导出的在 温度之间工作的可逆机械制冷机的制冷系数 ;而第二个因子 则是在 温度之间工作的可逆热发动机的热效率。故它相当于用一个可逆热机,将驱动热源的热量 转换成机械功 = 再由 去驱动一个可逆机械制冷机。见图2。这说明 在数量上不具备可比性,因为补偿能 的品位不同。

+ q% c7 u1 \% ~- g6 g) \


图2 热能驱动的制冷机等价关系图

1 D& y ~! C3 e' Q- m

  式(9)同样说明,热能驱动的可逆制冷机的性能系数(或热力系数)也只与热源的温度 有关,而与工质的性质无关。 越高(驱动热源的品位越高)、 越接近,则 越大;反之, 越小。

/ i7 {+ p3 U/ j, {1 {' g

   式(6)和式(9)给出一定热源条件下制冷机性能系数的最高值 。故它们是价实际制冷机性能系数的基准值。实际制冷机循环中的不可逆损失总是存在的,其性能系数COP恒小于相同热源条件下可逆机的性能系数COPc。用制冷循环效率 评价实际制冷循环的热力学完善程度(与可逆循环的接近程度), 又叫制冷循环的热力完善。定义
                                (10)
或                  (机械能或电能驱动的制冷机) (11a)
                   (热能驱动的制冷机)      (11b)
恒有                                        (12)

/ R3 s0 ?* D. ~$ c) Y

    越大,说明循环越好,热力学的不可逆损失越小;反之, 越小,则说明循环中热力学不可逆损失越大。

/ l d+ b" `' e" n! X0 t- h

   性能系数COP和热力完善度 都是反映制冷循环经济性的指标。但二者的含义不同,COP反映制冷循环中收益能与补偿能在数量上的比值。不涉及二者的能量品位。COP的数值可能大于1、小于1或等于1。COP的大小,对于实际制冷机来说,与工作温度、制冷剂性质和制冷机各组成部件的效率有关;对于理想(可逆)制冷机来说,只与热源温度有关。所以用COP值的大小来比较两台实际制冷机的循环经济性时,必须是同类制冷机,并以相同热源条件为前提才具有可比性。而 则反映制冷机循环臻于热力学完善(可逆循环)的程度。用 作评价指标,使任意两台制冷机在循环的热力学经济性方面具有可比性,无论它们是否同类机,也无论它们的热源条件相同或是不同。

7 F2 g4 N$ c& e7 g

活到老,学到老!
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

《压缩机》杂志

Archiver|手机版|中国制冷网论坛- ( 陕ICP备12001613号-8 )  

GMT+8, 2025-4-3 12:52 , Processed in 0.139697 second(s), 22 queries .

回顶部