不可逆空气制冷循环的制冷率和制冷系数优化

  Uking老程   |     2017-01-15 23:03  |   制冷百科  |    

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  在制冷循环的有限时间热力学研究中,国内外有关主要是研究卡诺制冷循环蒸汽压缩制冷循环斯特林制冷循环吸收式制冷循环和热电制冷循环的性能优化,得到了许多有益的结果,详见综述了很大进展,也有一些用有限时间热力学方法研究了简单内可逆、不可逆空气制冷循环和回热式内可逆空气制冷循环性能对于制冷循环,可在两个换热器的总热导率一定的条件下优化高低温侧换热器热导率分配,来获得循环的最优性能对内可逆恒温和变温热源布雷顿制冷循环进行了热导率最优分配研究本文将在基础上,研究恒温热源不可逆空气制冷循环的热导率最优分配,得到最佳特性关系,以更好地指导工程实际制冷系统的设计基金项目!国家重!基础研究发展项项!G20i00L0±iou. AU NhNl为传热单元数,内不可逆性用压缩机和膨胀机效率zz表征:定义压缩机等熵温比x为:x=T3s循环制冷系数为X=R/(Qh-QL)。由以上模型可以导出循环的制冷率R和制冷系数X(8)为171的主要结果,确定了一定的热源温度Th、Tl下,制冷率R、制冷系数X与传热不可逆性(Eh,El)内不可逆性(Z,Z)和压比(X,也即c)间的关系。7在给定的换热器有效度下研究各种参数对性能的影响,本文则进一步优化换热器热导率分配,以获得最优结果3热导率最优分配3.1最优分配的存在性在高低温侧换热器总热导率一定的条件下优化其分配,也即在给定循环约束条件Uh+Ul=Ut下,求u=Ul/Ut的最佳值,使得循环的制冷率R和制冷系数X趋于最大值,因此有:=1.4由式(7)(8)优化制冷率R和制冷系数e.3分别给出了Ut=5.0kW/K时,制冷率R与热导率分配u及压比关系的三维图和制冷系数e与热导率分配u及压比关系的三维图。

  由可知,当热导率分配一定时,压比7T升高,制冷率则随之增加,而当压比给定时,制冷率与热导率分配成抛物线关系,存在一最佳热导率分配(uf)使得制冷率最大由可知,当热导率分配一定时,制冷系数与压比TT成抛物线关系,存在最佳压比TTopt,而当压比给定时,制冷系数与热导率分配也成抛物线关系,存在一最佳热导率分配(upt)使得制冷系数最大计算表明,对应于最佳制冷率和对应于最佳制冷系数的热导率最优分配是一致的对应于每一个压比的最大制冷率和制冷系数即为Rp和eopt,相应热导率分配为由图可以看出,最佳制冷率(Ropt)与压比(c)呈单调递增关系,压比越高Rw越大,而最佳制冷系)与压比(c)为抛物线关系,存在最佳压比制冷系数(X)有双重最大值,对于最佳热导率分配(m)有一最佳制冷系数(eopt),而对于最佳压比(0压缩机和膨胀机效率变化对e-u关系影响图丨1压缩机和膨胀机效率变化对Upl-7t关系影响nopt)有一eopt的最大值(e裱明,随着压比的增加,R,增加量减小,而eopt开始减小。因此,制冷循环压比的选择应兼顾制冷率和制冷系数,应在稍大于nopt范围内给出了循环的最佳热导率分配upt随e的变化关系,由图可知,在总热导率一定的条件下,当压缩机和膨胀机效率一定时,存在最佳热导率分配Uopt最大值,当压比较小时,Uopt随c递增明显,当压比超过一定值后,则缓慢减小3.2总热导率对性能优化的影响5.0)时,总热导率Ut变化时,制冷率R制冷系数与热导率分配u的关系由可知,当Ur增大时,最佳热导率分配(upt)也相应增加,但均小于0.5 6可知,当Ur足够大时,对应于最佳热导率分配Upt附近的制冷率和制冷系数与最大制冷率制冷系数变化不大,也即是,当Ur足够大时,允许工程设计中,热导率分配U在较大范围内选择为Ur变化时最佳热导率分配(Upt)与压比(c)的关系由图可知,压比一定时,Ur增大则Upt先明显增大后缓慢减小,但变化不大为c=5时最佳热导率分配(upt)与总热导率(Ur)的关系。由图可知,当Ur大于一定值时,再增加Ur,Uopt逐渐减小,但变化不大3.3压缩机和膨胀机效率对性能优化的影响9和0给出了Ur=5.CkW/K,c=5时,Z=Z=0i5~1.0时,制冷率R制冷系数X与u的关系。由图可知,当Z增加时,Rpt、X也随之增加,同时最佳热导率分配Ubpt也增加但随着ZZ的增加,R和X时u变化的灵敏度降低,允许在稍偏离upt的情况下选取u而不致于RX大幅度减小,当Z 1.0时,不可逆循环成为可逆循环,upt=0.5!此时有:R=CVElEh(TL-x由上式可知,x与u无关,仅与压比有关1给出了在不同的压缩机和膨胀机效率下,最佳热导率up,与压比c的关系,由图可知,当Z=Z=1.0时,upt恒为0.5,与压比无关当压缩机和膨胀机效率降低时,一定压比下的最佳热导率分配Mopt也将减小。

  与内可逆简单空气制冷循环热导率最优分配比较,本文引入内不可逆性,对内可逆情况下u= 0.5时有最佳制冷率、制冷系数的结果有较大改进,使得循环模型更符合实际工程装置,该优化分析更接近实际4结论本文对不可逆简单空气制冷循环作热导率分配优化,得出了制冷率、制冷系数与热导率分配的关系,同时还讨论了不同压比、不同换热器总热导率和不同的压缩机、膨胀机效率对该关系的影响,本文所得最佳热导率分配均小于Q5所得结果包含了已有中内可逆空气制冷循环的分析结果,且更接近实际,对工程制冷系统在类似约束条件下的设计有一定的指导意义

(完)

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