直接接触式蓄冷循环的热力学研究

    1 引言

    近年来,欧美各国在对各类热力循环系统进行分析时,普遍采用热力学第二定律分析法(即火用效率),相对于热力学第一定律分析法,热力学第二定律分析法能较好地评价循环系统的热力学完善程度,即评价循环系统与可逆循环系统所相差的程度。如果说热力学第一定律分析法是从能量数量的角度来评价整个热力循环,那末热力学第二定律分析法就是从能量质的角度来评价整个热力循环的。我们认为不能简单地用一种分析法来判断整个热力系统的热经济性,一种全面的热力学分析法应该从能量的质与量两个方面进行全面分析,应当采用所谓的热力学综合能量分析法来分析整个热力系统的能量结构。热力学综合能量分析法是用热力学第一定律分析法结合火用分析法来分析比较循环系统,从而寻找改善整个循环系统热经济性的最佳方案。

    2 直接接触式蓄冷循环的热力学第一定律分析

    图1示出了直接接触式蓄冷循环实际应用的蒸汽压缩理想制冷循环,其中: 1-2绝热压缩过程,2-3定压冷凝放热过程, 3-4节流过程, 4-1定压蒸发吸热过程。由图可知,循环单位质量工质的吸热量为:

q0= h1- h4

    循环单位质量工质的放热量为:

q = h2- h3

    压缩过程消耗的压缩功为:

W= h2- h1

    循环的制冷系数为:

    3 直接接触式蓄冷循环的火用分析

    在直接接触式蓄冷系统中,火用效率可表示为:

    式中W—压缩机的耗功;

    exq0—冷量火用;

    exq—冷凝过程损失的比火用;

    ∑πi—系统中各部件内部的不可逆火用损失火用效率与制冷系数之间的关系为:

    上两式中,T0为环境温度,T为蓄冷罐内冰水混合物的温度。

    (1)压缩机的火用损失(如图2所示):

  π12= (ex1- ex2)+ W= T0(s2- s1)(4)

    式中ex1,ex2—单位质量制冷剂进出压缩机的比火用;

    s1,s2—压缩机进出口处的比熵

    (2)冷凝器内部火用损失(如图3所示):

    式中h2,s2—冷凝器进口处的比焓、比熵;

    h3,s3—冷凝器出口处的比焓、比熵;

    ex1,ex2—单位质量制冷剂进出冷凝器的比火用;

    Tk—制冷剂的冷凝温度

    (3)冷凝器的外部火用损失: