工程热力学15---制冷循环.doc

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15． 制冷循环

图15-1 逆卡诺循环
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将物体冷却到低于周围环境的温度，并且维持这一低温，称为制冷。为实现这一目的，需要将热量从低温物体（如冷藏室）移向高温物体（如环境）。由热力学第二定律可知，这一过程不能自发实现，必须消耗外部可用能，通常是消耗机械能或高温热源所提供的热能。因此制冷循环是一种逆向循环。如果循环的目的是从低温物体取走热量，以维持物体的低温状态，称之为制冷循环。
前已述及，在两个恒温热源间的动力循环中，卡诺循环的热效率最高。按照图15-1，由两个定温过程和两个定熵过程按照与卡诺循环相反方向（逆时针）运行的循环称为逆卡诺循环。可以证明在两个恒温热源间，逆卡诺循环的制冷系数最大，为
（15-1）
式中，和分别是高温热源与低温热源的温度。
从式中可以看出，和卡诺循环一样，逆卡诺循环的制冷系数也只与高温热源与低温热源的温度有关。
空气压缩式制冷循环
利用空气作为制冷工质构成空气压缩制冷循环——逆布雷顿循环。和下节将要讲到的蒸汽制冷循环不同的是：在空气制冷循环中，工质不会发生相变，而是依靠显热在定压情况下吸收和放出热量，因此制冷量较小，偏离逆卡诺循环较远，经济性较低。
鉴于空气定温吸热、放热不易实现，改用两个定压过程代替，因而压缩空气制冷循环实为逆向的布雷顿循环。
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图15-1 空气制冷循环
分析：低温热源（冷库）吸热
高温热源（环境）放热
耗功
制冷系数
过程1-2、 3-4 定熵，
故 （15-2）
可见 减小增压比，可使 制冷系数提高，
但这会使 膨胀温降减小，制冷量下降。
压缩空气制冷循环的 优点：工质易得，安全。
缺点：制冷量不大。（空气热容小，增加 ）
故一般在普冷（℃）很少用(除了用于飞机空调，直排)，在深冷（℃）可用于导弹内红外探测器的冷却，不计成本效率）。
为增大制冷量须增大流量，活塞式的压气机、膨胀机让位于 叶轮式的压气机、膨胀机
但叶轮式的压比不高，为能在 温差、制冷量不减小的情况下，减小， 须采用回热。
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冷库温度
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图15-2 回热式空气制冷循环
结论：
① 增加回热，可使循环的吸热量、放热量，制冷系数在与不加回热的相同情况下，降低了压比；
② 压比的降低，可使叶轮式压气机、膨胀机能适用于深度冷冻的大温差；
③ 压比的降低，