制冷原理逆卡諾循環(huán)

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1、聿制冷原理：逆卡諾循環(huán) 莆 卡諾循環(huán)1824年，法國青年工程師卡諾研究了一種理想熱機的效率 ，這種熱機的循環(huán) 過程叫做“卡諾循環(huán)”。這是一種特殊的 ，又是非常重要的循環(huán) ，因為采用這種循環(huán)的熱機效 率最大。 螭 卡諾循環(huán)是由四個循環(huán)過程組成，兩個絕熱過程和兩個等溫過程。它是 1824年N.L.S. 卡諾（見卡諾父子）在對熱機的最大可能效率問題作理論研究時提出的?？ㄖZ假設(shè)工作物質(zhì) 只與兩個恒溫?zé)嵩唇粨Q熱量，沒有散熱、漏氣、磨擦等損耗。為使過程是準(zhǔn)靜態(tài)過程，工作 物質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰釕?yīng)是無溫度差的等溫膨脹過程，同樣，向低溫?zé)嵩捶艧釕?yīng)是等溫壓縮過 程。因限制只與兩熱源交換熱量，脫離熱源后只

2、能是絕熱過程。作卡諾循環(huán)的熱機叫做卡諾 熱機。 螂 卡諾進一步證明了下述卡諾定理：①在相同的高溫?zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)嵩粗g工作的 一切可逆熱機的效率都相等 ，與工作物質(zhì)無關(guān)，為，其中 T1、T2分別是高溫和低溫?zé)嵩吹? 絕對溫度。②在相同的高溫?zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)嵩粗g工作的一切不可逆熱機的效率不可能 大于可逆卡諾熱機的效率。可逆和不可逆熱機分別經(jīng)歷可逆和不可逆的循環(huán)過程。 神闡明 > 卡諾定理闡明了熱機效率的限制，指出了提高熱機效率的方向（提高 T1、降低T2、減 少散熱、漏氣、摩擦等不可逆損耗，使循環(huán)盡量接近卡諾循環(huán)），成為熱機研究的理論依據(jù)、 熱機效率的限制、實際熱力學(xué)過程

3、的不可逆性及其間聯(lián)系的研究，導(dǎo)致熱力學(xué)第二定律的建 立。 襖 在卡諾定理基礎(chǔ)上建立的與測溫物質(zhì)及測溫屬性無關(guān)的絕對熱力學(xué)溫標(biāo)，使溫度測量 建立在客觀的基礎(chǔ)之上。此外，應(yīng)用卡諾循環(huán)和卡諾定理，還可以研究表面張力、飽和蒸氣 壓與溫度的關(guān)系及可逆電池的電動勢等。還應(yīng)強調(diào)，卡諾定理這種撇開具體裝置和具體工作 物質(zhì)的抽象而普遍的理論研究，已經(jīng)貫穿在整個熱力學(xué)的研究之中。 膂 逆卡諾循環(huán)奠定了制冷理論的基礎(chǔ)，逆卡諾循環(huán)揭示了空調(diào)制冷系數(shù)（俗稱 EER或 COP的極限。一切蒸發(fā)式制冷都不能突破逆卡諾循環(huán)。 羋理論 腿 在逆卡諾循環(huán)理論中間，要提高空調(diào)制冷系數(shù)就只有以下二招： 肄 1。提高壓機效

4、率，從上面推導(dǎo)可以發(fā)現(xiàn)小型空調(diào)理論上只存在效率提高空間 19%;大 型螺桿水機效率提高空間 9%, 著 2。膨脹功損失與內(nèi)部摩擦損失（所謂內(nèi)部不可逆循環(huán)）：其中減少內(nèi)部摩擦損失幾乎 沒有空間與意義。在我們 songrui版主的液壓馬達沒有問世之前，解決膨脹功損失的唯一方 法是采用比容大的制冷劑，達到減少輸送質(zhì)量的目的。如 R410A等復(fù)合冷劑由于比容較 R22 大，使膨脹功損失有所減少，相對提高了制冷系數(shù)。但是就目前情況看通過采用比容大的制 冷劑，制冷系數(shù)提高空間不會超過 6%。（極限空間 12%） 蟹工作原理 墨 根據(jù)逆卡諾循環(huán)基本原理： 肄 高溫高壓氣態(tài)制冷劑經(jīng)膨脹機構(gòu)節(jié)

5、流處理后變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊簯B(tài)制冷劑，進入空氣交 換機中蒸發(fā)吸熱，從空氣中吸收大量的熱量 Q2; 蝕 蒸發(fā)吸熱后的制冷劑以氣態(tài)形式進入壓縮機，被壓縮后，變成高溫高壓的制冷劑（此 時制冷劑中所蘊藏的熱量分為兩部分：一部分是從空氣中吸收的熱量 Q2, 一部分是輸入壓縮 機中的電能在壓縮制冷劑時轉(zhuǎn)化成的熱量 Q1; 曹 被壓縮后的高溫高壓制冷劑進入熱交換器，將其所含熱量（ Q1+Q2）釋放給進入熱換熱 器中的冷水，冷水被加熱到 60 c直接進入保溫水箱儲存起來供用戶使用； 嵋 放熱后的制冷劑以液態(tài)形式進入膨脹機構(gòu)，節(jié)流降壓 …… 如此不間斷進行循環(huán)。 膈 冷水獲得的熱量 Q3=IU冷劑從

6、空氣中吸收的熱量 Q2+驅(qū)動壓縮機的電能轉(zhuǎn)化成的熱量 Q1,在標(biāo)準(zhǔn)工況下：Q2=3.6Q1,即消耗1份電能，得到4.6份的熱量。 屋分解 膀 它由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成。假設(shè)低溫?zé)嵩矗幢焕鋮s物體）的溫度為 T0, 高溫?zé)嵩矗喘h(huán)境介質(zhì)）的溫度為 Tk,則工質(zhì)的溫度 嫌 在 吸熱過程中為 T0,在放熱過程中為 Tk,就是說在吸熱和放熱過程中工質(zhì)與冷源及 高溫?zé)嵩粗g沒有溫差，即傳熱是在等溫下進行的，壓縮和膨脹過程是在沒有任何損失情況 下進行的。其循環(huán)過程為： 司 首先工質(zhì)在 T0下從冷源(即被冷卻物體)吸取熱量 q0,并進行等溫膨脹 4-1 ,然后通 過絕熱壓縮1-2

7、 ,使其溫度由 T0升高至環(huán)境介質(zhì)的溫度 Tk,再在Tk下進行等溫壓縮 2-3 , 并向環(huán)境介質(zhì)(即高溫?zé)嵩?放出熱量 qk,最后再進行名熱膨脹 3-4 ,使其溫度由 Tk降至 T0即使工質(zhì)回到初始狀態(tài) 4,從而完成一個循環(huán)。 蒂 對于逆卡諾循環(huán)來說，由圖可知： 妍 q0=T0(S1-S4 ) 薇 qk=Tk(S2-S3)=Tk(S1-S4 ) 第 w0=qk-q0=Tk(S1-S4)-T0(S1-S4)=(Tk-T0)(S1-S4 ) 裂 則逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù) £ k為：T0/Tk-T0 由上式可見，逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)與工 質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)，只取決于冷源(即被冷卻物體)

8、的溫度 T0和熱源(即環(huán)境介質(zhì))的溫度 Tk;降低Tk，提高T0 ,均可提高制冷系數(shù)。此外，由熱力學(xué)第二定律還可以證明：“在 給定的冷源和熱源溫度范圍內(nèi)工作的逆循環(huán)，以逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)為最高”。任何實際 制冷循環(huán)的制冷系數(shù)都小于逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)。 展 總上所述，理想制冷循環(huán)應(yīng)為逆卡諾循環(huán)。而實際上逆卡諾循環(huán)是無法實現(xiàn)的，但它 可以用作評價實際制冷循環(huán)完善程度的指標(biāo)。通常將工作于相同溫度間的實際制冷循環(huán)的制 冷系數(shù)£與逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù) £ k之比，稱為該制冷機循環(huán)的熱力完善度，用符號 Y]表 不'。即： Y] = £ / £ k

9、 熱力完善度是用來表示制冷機循環(huán)接近逆卡諾循環(huán)循環(huán)的程度。它也是制冷循環(huán)的一個 技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，但它與制冷系數(shù)的意義不同，對于工作溫度不同的制冷機循環(huán)無法按其制冷 系數(shù)的大小來比較循環(huán)的經(jīng)濟性好壞，而只能根據(jù)循環(huán)的熱力完善度的大小來判斷。 以下無正文 僅供個人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途 For personal use only in study and research; not for commercial use. 僅供個人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途 Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden. Pour l ' etude et la recherche uniquement d des fins personnelles; pas d des fins commerciales. 僅供個人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途 tojibko AJiHjifoaefTK pTOpMenojib 3yp）加區(qū) oiGyqeHH 兄 c〃eaoB 周 hhm @ a o ji >k h bi HCn0JIb30BaTbCH B KOMMepHeCKHX