逆卡诺循环流程及其制冷性能分析

逆卡诺循环是理想制冷循环，利用液体汽化法实现逆卡诺循环，必须具备的热工设备是压缩机、冷凝器（高温热源）、膨胀机和蒸发器（低温热源）四大主件。而且假设高、低温热源的温度恒定，工质在冷凝器和蒸发器中与外界无传热温差；流经各设备时无摩擦损失，膨胀机输出的功为压缩机所利用。逆卡诺循环流程如图1-9所示。

图1-9 逆卡诺循环流程

a）工质流程 b）在T-s图上的表示

由图1-9可见，逆卡诺循环由四个过程组成：①工质（制冷剂）在蒸发器中的等压、等温蒸发过程4′—1′；②在压缩机中的绝热压缩过程1′—2′；③在冷凝器中的等压、等温冷凝过程2′—3′；④在膨胀机中的绝热膨胀过程3′—4′。

单位质量制冷剂在每一次循环过程中，从被冷却介质的低温热源中吸收的热量q′_e（kJ/kg）为

q′_e=T′_e（s_a-s_b） （1-26）

向冷却介质的高温热源放出的热量q′_c（kJ/kg）为

q′_c=T′_c（s_a-s_b） （1-27）(www.xing528.com)

外界输入压缩机的净功w_c（kJ/kg）为

w_c=w-w_e=q′_c-q′_e=（T′_c-T′_e）（s_a-s_b） （1-28）

逆卡诺循环的制冷系数为

由式（1-29）可知，逆卡诺循环的制冷系数仅与高、低温热源的温度有关，而与制冷剂的性质无关。提高T′_e温度和降低T′_c温度，将使ε_c增大，这意味着单位耗功量所制取的冷量增加，提高了制冷循环的省能性和经济性。同时，从式（1-29）不难看出，T′_e对ε_c的影响大于T′_c。逆卡诺循环虽然是无法实现的理想制冷循环，但从上述分析得出的两点结论，对所有制冷循环均具有指导意义。

由于逆卡诺循环不考虑循环过程中的内部和外部损失，因此在相同的恒定高、低温热源区间，逆卡诺循环的制冷系数ε_c最大，在该温度区间内进行的其他任何制冷循环的制冷系数ε均小于ε_c。所以，逆卡诺循环的制冷系数可用来评介其他制冷循环的热力完善度η，即

显然，热力完善度越接近1，表示该循环的不可逆程度越小，循环的省能性和经济性也愈好。