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工程热力学15 制冷循环.doc


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15. 制冷循环 制冷与逆卡诺循环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LH LTT T?? max ?( 15-1 ) 式中, HT 和 LT 分别是高温热源与低温热源的温度。 LH LLQQ QW Q????? L LH HT QT Q?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。图 15-1 逆卡诺循环 Ts T HT L123 4 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。分析:低温热源(冷库)吸热 412hhq??高温热源(环境)放热 321hhq??耗功???? 413221hhhhqqw??????制冷系数???????? 1 1 41 324132 414132 412???????????????TT TTTTTT TThhhh hhw q?过程 1-2 、 3-4 定熵, 4 3 11 21 2T Tp pT T????????????????? 11 241 32 ?????T TTT TT 故1 1 1???????( 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(50 ??℃) 很少用( 除了用于飞机空调, 直排), 在深冷(100 ??℃)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 3′ 2′ 4 3 v p1 2 34 1 2 Ts 图 15-1 空气制冷循环环境温度冷库温度 4′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。结论: ①增加回热, 可使循环的吸热量 2q 、放热量 1q , 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,也减少了膨胀压缩过程的不可逆损失。 蒸汽压缩式制冷循环工程中比较常用的制冷循环为蒸汽压缩式制冷循环,它利用低沸点蒸汽( 大气压力下的沸点小于 0℃) 作为制冷剂, 利用湿蒸汽在低温下的汽化潜热来吸收热能, 达到制冷目的。蒸汽压缩式制冷循环是蒸汽

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