不可逆恒溫?zé)嵩纯諝庵评錂C(jī)的經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)化
文章用有限時(shí)間熱力學(xué)理論和方法，研究了恒溫?zé)嵩礂l件下不可逆空氣制冷機(jī)的有限時(shí)間經(jīng)濟(jì)性能，導(dǎo)出了利潤(rùn)率解析式。用數(shù)值計(jì)算分析了壓比、熱源溫比、熱導(dǎo)率分配、壓縮機(jī)和膨脹機(jī)的效率等參數(shù)對(duì)利潤(rùn)率的影響，并優(yōu)化了循環(huán)壓比和換熱器的熱導(dǎo)率分配。通過(guò)價(jià)格比，將有限時(shí)間經(jīng)濟(jì)性能目標(biāo)與制冷率、熵產(chǎn)率及生態(tài)學(xué)目標(biāo)建立了聯(lián)系。所得結(jié)果對(duì)實(shí)際空氣制冷設(shè)備的設(shè)計(jì)有一定指導(dǎo)意義。
引言
隨著人們對(duì)氟利昂環(huán)境影響的日益關(guān)注，以及渦輪透平技術(shù)的成熟，空氣制冷機(jī)再一次進(jìn)入人們的視野，其運(yùn)用范圍也逐步拓寬。有限時(shí)間熱力學(xué)旨在研究有限時(shí)間(尺寸)內(nèi)發(fā)生的帶有熱現(xiàn)象過(guò)程最優(yōu)效果的一門學(xué)科，自創(chuàng)立以來(lái)已對(duì)大量熱力系統(tǒng)的性能進(jìn)行了優(yōu)化。在已有的文獻(xiàn)中，對(duì)空氣制冷機(jī)的有限時(shí)間熱力學(xué)分析多以制冷系數(shù)、制冷效率、制冷率密度、效率以及生態(tài)學(xué)函數(shù)作為分析及優(yōu)化的目標(biāo)。在運(yùn)用有限時(shí)間熱力學(xué)分析優(yōu)化循環(huán)系統(tǒng)純熱力學(xué)量的同時(shí)，考慮循環(huán)過(guò)程經(jīng)濟(jì)效益的分析方法先后被Ibrahim等、De Vos等、Sahin等提出。陳林根等則將有限時(shí)間熱力學(xué)與經(jīng)濟(jì)分析相結(jié)合提出了有限時(shí)間經(jīng)濟(jì)分析法，定義了有限時(shí)間經(jīng)濟(jì)性能界限，并用該方法導(dǎo)出了可逆和不可逆Carnot熱機(jī)、制冷機(jī)和熱泵的參數(shù)優(yōu)化準(zhǔn)則。真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)在文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，用文獻(xiàn)的方法，研究恒溫?zé)嵩礂l件下不可逆空氣制冷機(jī)的有限時(shí)間經(jīng)濟(jì)性能。
不可逆空氣制冷機(jī)模型及經(jīng)濟(jì)性能解析關(guān)系
不可逆空氣壓縮制冷機(jī)循環(huán)可視為一不可逆、定常態(tài)流布雷頓逆循環(huán)，如圖1所示，過(guò)程1～2為空氣經(jīng)過(guò)冷藏室從低溫?zé)嵩碩L 吸熱溫度升高到T2(T2 <TL )；過(guò)程2～3 為空氣在壓縮機(jī)中不可逆壓縮；過(guò)程3～4為空氣流經(jīng)冷卻器向高溫?zé)嵩碩H 放熱且溫度下降至T4(T4 >TH)；過(guò)程4～1為空氣在膨脹機(jī)中不可逆膨脹。2～3s和4～1s分別為與2～3和4～1相對(duì)應(yīng)的等熵壓縮和膨脹過(guò)程。
圖1 空氣制冷機(jī)循環(huán)T～S 圖
結(jié)論
文章在文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上導(dǎo)出了不可逆空氣制冷機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能目標(biāo)函數(shù)解析關(guān)系式，用數(shù)值計(jì)算方法對(duì)經(jīng)濟(jì)性能目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到了利潤(rùn)率與壓比以及利潤(rùn)率與熱導(dǎo)率分配的關(guān)系。當(dāng)熱導(dǎo)率分配一定時(shí)，利潤(rùn)率目標(biāo)函數(shù)與壓比呈類拋物線關(guān)系；當(dāng)壓比一定時(shí)，利潤(rùn)率目標(biāo)函數(shù)與熱導(dǎo)率分配也呈類拋物線關(guān)系，即同時(shí)存在一對(duì)最佳的壓比值和熱導(dǎo)率分配值，使利潤(rùn)率目標(biāo)函數(shù)取得雙重最佳值。文章還討論了壓縮機(jī)和膨脹機(jī)效率、換熱器有效度、熱源溫比及高溫?zé)嵩磁c外界環(huán)境溫度之比對(duì)最佳壓比的影響。分析過(guò)程中發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性能目標(biāo)可通過(guò)價(jià)格比與熵產(chǎn)率、制冷率及生態(tài)學(xué)目標(biāo)建立聯(lián)系。
