吸收式制冷循环系统的热力学分析

汲取式制冷循环系统的热力学分析 韦彬贵 （柳州职业技术学院，柳州545006） 摘要从热力学观点探讨了工作湿度对于制冷循环系统性能的影响。分析了与循环时间有关的温度效率和熵产数。对于一个相对较短的循环时间，汲取/解汲取热量转换器的温度效率在200秒后可以达到92。熵产数N，由在一个循环系统内在生成的不行逆性参数和热量转换器流体有效性参数之间的比率确定。结果显示，在运用一个30℃冷源的状况下高级汲取式循环系统的熵产数N，在热水温度是45℃至55℃之间时是相对较小的，而对于传统循环，在运用相同冷源温度的状况下，热水温度在65℃到75℃之间时，N，是相对较小的。 关键词热泵；汲取式；制冷循环；效率；熵产数 The thermo dynamo ic analy sis of absorption ref igeration cycle Wei Bingui L iuzhou Vocational and Technical College, L iuzhou 545006, China Abstract This paper discussed the working temperature influence on refrigeration cycle system perance from thermody2namics. The temperature efficiency and the entropy generation related with cycle time were analyzed. Regarding relatively short cycle time, absorption / desorption end other mi c quantity switch ’s temperature efficiency could reach 92 in 200 seconds later. The entropy generation is defined by ratio between irreversibility parameter and thermal switch fluid valid parameter in a refrig2eration cycle system. The result showed that when a 30℃cold resource was used the entropy generation Ns of advanced absorp2tion refrigeration cycle system was relatively small when the hot water temperature was 45℃to 55℃, but for traditional absorption refrigeration cycle system , was relatively small when the hot water temperature was 65℃to 75℃。 Keywords Heat pump , Absorption, Refrigeration cycle, Efficiency, Entropy generation 1前言 热泵的效率和潜力已经被广泛认可。其在工业和城市生活中的很多重要设备发挥着重要的作用。硅胶-水汲取式循环系统和其他的系统比起来，在四周环境温度驱动的实力上有显著的优势。高于60℃的多余热能可以运用传统的硅胶-水汲取式制冷器来利用。高级硅胶-水汲取式制冷器可以实现只有50℃的地热能与30℃冷源胜利高效地进行热交换。 大部分汲取式热量交换系统运用了三组汲取剂/制冷剂，例如，沸石/水、活性炭/甲醇和硅胶/水系统。在三汲取剂/制冷剂对中，硅胶/水汲取式循环系统比其他的循环系统在低温热源驱动的实力上更高一些。运用一个30℃的冷源，60℃以上的热能可以通过运用传统的硅胶-水汲取式制冷器利用。为了在30℃冷源状况下，使汲取式制冷器在一个50℃驱动热源下可以实际应用，须要对三阶段的高级汲取式循环系统进行探讨。 本文从热力学观点探讨了操作温度对于循环系统性能的影响。单阶段和三阶段汲取式制冷器制冷性能与温度之间表现为线性关系，这意味着两种的性能在很大程度上受不行逆热量损失的影响，也就是有限热量转换损失的影响，有限热量转换损失在数量上与内部固体蒸汽交互作用损失和热量泄露有关。在这个探讨中，对温度效率以及与循环时间有关的熵产数都进行了分析。本文运用有Bejan和Meunier介绍的熵产数N，作为熵产数的概念，而已Randt的放射本能（rgy concept）作为熵产数的概念，这样可以更加干脆的面对工程师的须要，更好地对系统进行优化。 收稿日期2009-11-13 作者简介韦彬贵（1978-），男，讲师，在读硕士，主要探讨方向工业自动化技术，空调制冷技术 2汲取式循环系统热力学分析 汲取式热泵制冷器热力学循环的T-S图（如图1所示）表示了热量引擎（解汲取-冷凝）循环和制冷（汲取-蒸发）循环之间的结合。两个循环运用相同的冷凝流体（制冷剂），没有转化成机械能。 图1汲取式循环T-S图 Fig.1 Absorption cycle T-S diagram 在解汲取-冷凝循环中，制冷剂分子从汲取阶段（解汲取温度为Tdcs）转换成冷凝温度为Tcond的流体阶段，其中伴随着内部能量（U）的增加。在汲取-蒸发阶段过程中，制冷剂分子从较低温度为Tcro的流体阶段转换为汲取温度为Teds的汲取流体阶段，其中伴随着系统中自由能的降低 在解汲取-冷凝过程中产生的内部能量U的作用与压缩机驱动制冷循环中的动力输入W相当。内部能量的缩减使得制冷剂分子在汲取阶段停留在汲取剂的表面，或者在吸附剂表面的二维方向上自由移动。但是，制冷剂分子在蒸汽阶段可以在三维方向上自由移动。而汲取剂表面中的原子在干燥的状况下简单遭遇非平衡力的影响，从而产生表面张力降低的趋势。缘由在于表面原子向内的拉力大于向外的拉力。当制冷剂分子被汲取时，这些非平衡力达到局部饱和并且趋向不稳定平衡。在这不稳定平衡状态中，一个特别小的力都会在系统的状态中引起一个彻底而长久的改变。 关于熵的改变，因为汲取阶段的分子比气体阶段的分子的转移和循环自由度要差，因此制冷剂熵在汲取阶段的改变△SSadcotbedphase-Srapotphase必定是一个负值。 3汲取式循环系统主要参数指标分析 3.1温度效率 温度效率表示在实际温度差异和最大温度差异的不同状况下，汲取剂元素交换热量的实力。假定最大温度差异△Tmax与△Tregen热源温度-热容温度相等 （1） 实际温度差异如下 （2） 在此，和分别表示在解汲取/汲取结束时和显著加热/冷却起先时的汲取剂元素温度。因此，可以给出温度效率ε为 ε