第2章 热泵循环.doc

热泵循环 T PUMP CYCLE 2.1 理想的热泵循环 ? 动力循环，即把热量转化成机械功的循环是正向循环 ，在温-熵图或压 焓图上，循环的各个过程都是依次按顺时针方向变化的 ? 所有的制冷机或热泵都是按逆向循环工作的，在温-熵图或压-焓图上， 循环的各个过程都是依次按逆时针方向变化的 ? 循环可以分为可逆循环（Reversible Cycle）和不可逆循环（Irreversible Cycle）两种 ? 在构成循环的各个过程中，只要包含有不可逆过程，则这个循环就是 不可逆循环 ? 在制冷循环里，各种形式的不可逆过程可分成两类：内部不可逆 （Internal Irreversible）和外部不可逆（External Irreversible） ? 制冷剂在其流动或状态变化过程中，因摩擦、扰动及内部不平衡而引 起的损失，都属于内部不可逆；蒸发器、冷凝器及其它换热器中有温 差时的传热损失，属于外部不可逆 2.1.1 逆卡诺循环 ? 逆卡诺循环（Reverse Carnot Cycle ）热源温度不变时的逆向可 逆循环 ? 当高温热源和低温热源随着过程的进行温度不变时，具有两个 可逆的等温过程和两个等熵过程组成的逆向循环，称为逆卡诺 循环 ? 在相同温度范围内，逆卡诺循环是消耗功最小的循环，即热力 学效率最高的制冷循环，因为它没有任何不可逆损失 （Irreversible loss） 循环过程 1-2：等熵压缩过程， 3-4：等熵膨胀过程， 2-3：等温放热过程， 4-1：等温吸热过程。 单位工质所吸取的热能值 qo??? T L ( 1s ??? s 4) 单位工质所放出的热能值 qh??? T H ( 2s ???? s 3) 循环所耗的净功 wo?? q h?? q o??? T H ( 2s ???? s 3)?? T L( 1s ??? s 4) 因为 故 s1 wo ? s2 s3 ? s4 ? (T H??? T L)( 2s ???? s 3) 逆卡诺循环热泵的制热系数 ? ,h c???? qh wo ?? T H ( 2s ???? s 3) ( HT ????? T L)( 2s ???? s 3) ?? TH T H??? TL ? 可以证明，在温度分别为T H、T L两个恒温热源间工作的所有热泵（理 想的或实际的）其制热系数都不可能高于卡诺热泵的制热系数 ? 当热源温度由T H升高到T H，同样可以得到工作于T H、T L两个恒温热 源间的卡诺热泵循环的制热系数 ? h ,c???? TH T ??? T H L ? 不难证明：? , h c＜?? , h c ? 由此可见，卡诺热泵的制热系数随着高温热源温度的升高而降低，这 一结论对于其他实际热泵也同样是适用的 2.1.2 劳仑兹循环 ? 劳仑兹循环（Lorentz Cycle）是变温热源时的逆向可逆循环 ? 由于热源的质量总是有限的，当高温热源接受热泵供热或低温 热源向热泵供热时，不可能不影响各热源的温度 ? 由两个等熵过程和两个工质与热源之间无温差的传热过程所组 成 劳仑兹循环过程 1-2：等熵压缩过程 2-3：无温差放热过程，工质的 可逆放热 3-4：等熵膨胀过程， 4-1：无温差吸热过程，工质的 可逆吸热 劳仑兹循环的制热系数 工质自低温热源吸取的热能值 dq o??? T Lids 向高温热源排放的热能值 dq h??? T Hids 对于整个劳仑兹循环，单位工质吸取的热能值 4 4 qo ??? dq??????? T ds 1 o 1 Li 工质向变温的高温热源排放的热能值 3 3 qh ??? dq??????? T ds 2 h 2 Hi 用T Lm和表示工质的平均吸热温度 THm表示平均放热温度，且令 4 ??? T ds /(s???? s ) 3 ??? T ds /(s????? s ) 1 Li 1 4 2 Hi 2 3 TLm THm 则 qo qh ? T Lm ( 1s ??? s 4) ? T Hm (s 2?? s 3) 劳仑兹循环中单位工质消耗的功 、 ? q h??? q o??? T Hm (s 2??? s 3)?? T Lm (s 1??? s 4) ? s4 ? (THm s1 ?