逆卡諾循環(huán)簡(jiǎn)介

卡諾循環(huán)是由四個(gè)循環(huán)過程組成，兩個(gè)絕熱過程和兩個(gè)等溫過程。它是1824年N.L.S.卡諾（見卡諾父子）在對(duì)熱機(jī)的最大可能效率問題作理論研究時(shí)提出的?？ㄖZ假設(shè)工作物質(zhì)只與兩個(gè)恒溫?zé)嵩唇粨Q熱量，沒有散熱、漏氣、磨擦等損耗。為使過程是準(zhǔn)靜態(tài)過程，工作物質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰釕?yīng)是無溫度差的等溫膨脹過程，同樣，向低溫?zé)嵩捶艧釕?yīng)是等溫壓縮過程。因限制只與兩熱源交換熱量，脫離熱源后只能是絕熱過程。作卡諾循環(huán)的熱機(jī)叫做卡諾熱機(jī)。

卡諾進(jìn)一步證明了下述卡諾定理：①在相同的高溫?zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)嵩粗g工作的一切可逆熱機(jī)的效率都相等 ，與工作物質(zhì)無關(guān)，其中T1、T2分別是高溫和低溫?zé)嵩吹慕^對(duì)溫度。②在相同的高溫?zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)嵩粗g工作的一切不可逆熱機(jī)的效率不可能大于可逆卡諾熱機(jī)的效率?？赡婧筒豢赡鏌釞C(jī)分別經(jīng)歷可逆和不可逆的循環(huán)過程。

卡諾定理闡明了熱機(jī)效率的限制，指出了提高熱機(jī)效率的方向（提高T1、降低T2、減少散熱、漏氣、摩擦等不可逆損耗，使循環(huán)盡量接近卡諾循環(huán)），成為熱機(jī)研究的理論依據(jù)、熱機(jī)效率的限制、實(shí)際熱力學(xué)過程的不可逆性及其間聯(lián)系的研究，導(dǎo)致熱力學(xué)第二定律的建立。

在卡諾定理基礎(chǔ)上建立的與測(cè)溫物質(zhì)及測(cè)溫屬性無關(guān)的絕對(duì)熱力學(xué)溫標(biāo)，使溫度測(cè)量建立在客觀的基礎(chǔ)之上。此外，應(yīng)用卡諾循環(huán)和卡諾定理，還可以研究表面張力、飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系及可逆電池的電動(dòng)勢(shì)等。還應(yīng)強(qiáng)調(diào)，卡諾定理這種撇開具體裝置和具體工作物質(zhì)的抽象而普遍的理論研究，已經(jīng)貫穿在整個(gè)熱力學(xué)的研究之中。

逆卡諾循環(huán)奠定了制冷理論的基礎(chǔ)，逆卡諾循環(huán)揭示了空調(diào)制冷系數(shù)（俗稱EER或COP）的極限。一切蒸汽壓縮式制冷都不能突破逆卡諾循環(huán)。

在逆卡諾循環(huán)理論中間，要提高空調(diào)制冷系數(shù)就只有以下二招：

1.提高壓機(jī)效率，從上面推導(dǎo)可以發(fā)現(xiàn)小型空調(diào)理論上只存在效率提高空間19%；大型螺桿水機(jī)效率提高空間9%。

2.膨脹功損失與內(nèi)部摩擦損失（所謂內(nèi)部不可逆循環(huán)）：其中減少內(nèi)部摩擦損失幾乎沒有空間與意義。在我們songrui版主的液壓馬達(dá)沒有問世之前，解決膨脹功損失的唯一方法是采用比容大的制冷劑，達(dá)到減少輸送質(zhì)量的目的。如R410A等復(fù)合冷劑由于比容較R22大，使膨脹功損失有所減少，相對(duì)提高了制冷系數(shù)。但是就目前情況看通過采用比容大的制冷劑，制冷系數(shù)提高空間不會(huì)超過6%。（極限空間12%）

根據(jù)逆卡諾循環(huán)基本原理：

低溫高壓液態(tài)制冷劑經(jīng)膨脹機(jī)構(gòu)節(jié)流處理后變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊簯B(tài)制冷劑，進(jìn)入空氣交換機(jī)中蒸發(fā)吸熱，從空氣中吸收大量的熱量Q2；

蒸發(fā)吸熱后的制冷劑以氣態(tài)形式進(jìn)入壓縮機(jī)，被壓縮后，變成高溫高壓的制冷劑（此時(shí)制冷劑中所蘊(yùn)藏的熱量分為兩部分：一部分是從空氣中吸收的熱量Q2，一部分是輸入壓縮機(jī)中的電能在壓縮制冷劑時(shí)轉(zhuǎn)化成的熱量Q1；

被壓縮后的高溫高壓制冷劑進(jìn)入熱交換器，將其所含熱量（Q1 Q2）釋放給進(jìn)入熱換熱器中的冷水，冷水被加熱到60℃直接進(jìn)入保溫水箱儲(chǔ)存起來供用戶使用；

放熱后的制冷劑以液態(tài)形式進(jìn)入膨脹機(jī)構(gòu)，節(jié)流降壓......如此不間斷進(jìn)行循環(huán)。

冷水獲得的熱量Q3=制冷劑從空氣中吸收的熱量Q2 驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的電能轉(zhuǎn)化成的熱量Q1， 在標(biāo)準(zhǔn)工況下：Q2=3.6Q1,即消耗1份電能，得到4.6份的熱量。

它由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)絕熱過程組成。假設(shè)低溫?zé)嵩矗幢焕鋮s物體）的溫度為T0，高溫?zé)嵩矗喘h(huán)境介質(zhì)）的溫度為Tk，則工質(zhì)的溫度在吸熱過程中為T0， 在放熱過程中為Tk， 就是說在吸熱和放熱過程中工質(zhì)與冷源及高溫?zé)嵩粗g沒有溫差，即傳熱是在等溫下進(jìn)行的，壓縮和膨脹過程是在沒有任何損失情況下進(jìn)行的。其循環(huán)過程為：

首先工質(zhì)在T0下從冷源（即被冷卻物體）吸取熱量q0，并進(jìn)行等溫吸熱4-1，然后通過絕熱壓縮1-2，使其溫度由T0升高至環(huán)境介質(zhì)的溫度Tk, 再在Tk下進(jìn)行等溫放熱2-3，并向環(huán)境介質(zhì)（即高溫?zé)嵩矗┓懦鰺崃縬k, 最后再進(jìn)行絕熱膨脹3-4，使其溫度由Tk 降至T0即使工質(zhì)回到初始狀態(tài)4，從而完成一個(gè)循環(huán)。

對(duì)于逆卡諾循環(huán)來說：

q0=T0(S1-S4）

qk=Tk(S2-S3)=Tk(S1-S4）

w0=qk-q0=Tk(S1-S4)-T0(S1-S4)=(Tk-T0)(S1-S4）

則逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)εk 為：T0/(Tk-T0)　由上式可見，逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)，只取決于冷源（即被冷卻物體）的溫度 T0 和熱源（即環(huán)境介質(zhì)）的溫度 Tk；降低 Tk，提高 T0 ，均可提高制冷系數(shù)。此外，由熱力學(xué)第二定律還可以證明：“在給定的冷源和熱源溫度范圍內(nèi)工作的逆循環(huán)，以逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)為最高”。任何實(shí)際制冷循環(huán)的制冷系數(shù)都小于逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)。

總上所述，理想制冷循環(huán)應(yīng)為逆卡諾循環(huán)。而實(shí)際上逆卡諾循環(huán)是無法實(shí)現(xiàn)的，但它可以用作評(píng)價(jià)實(shí)際制冷循環(huán)完善程度的指標(biāo)。通常將工作于相同溫度間的實(shí)際制冷循環(huán)的制冷系數(shù)ε與逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)εk之比，稱為該制冷機(jī)循環(huán)的熱力完善度，用符號(hào)η表示。即： η=ε/εk。

熱力完善度是用來表示制冷機(jī)循環(huán)接近逆卡諾循環(huán)循環(huán)的程度。它也是制冷循環(huán)的一個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，但它與制冷系數(shù)的意義不同，對(duì)于工作溫度不同的制冷機(jī)循環(huán)無法按其制冷系數(shù)的大小來比較循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性好壞，而只能根據(jù)循環(huán)的熱力完善度的大小來判斷。 2100433B

逆卡諾循環(huán)奠定了制冷理論的基礎(chǔ)，逆卡諾循環(huán)揭示了空調(diào)制冷系數(shù)（俗稱EER或COP）的極限。一切蒸發(fā)式制冷都不能突破逆卡諾循環(huán)。

逆卡諾循環(huán)是由四個(gè)循環(huán)過程組成，絕熱壓縮、等溫壓縮、絕熱膨脹、等溫膨脹。

假設(shè)低溫?zé)嵩矗幢焕鋮s物體）的溫度為T₀，高溫?zé)嵩矗喘h(huán)境介質(zhì)）的溫度為T_k，則工質(zhì)的溫度在吸熱過程中為T₀，在放熱過程中為T_k，就是說在吸熱和放熱過程中工質(zhì)與冷源及高溫?zé)嵩粗g沒有溫差，即傳熱是在等溫下進(jìn)行的，壓縮和膨脹過程是在沒有任何損失情況下進(jìn)行的。其循環(huán)過程為：首先工質(zhì)在T₀下從冷源（即被冷卻物體）吸取熱量q₀，并進(jìn)行等溫膨脹4-1，然后通過絕熱壓縮1-2，使其溫度由T₀升高至環(huán)境介質(zhì)的溫度T_k，再在T_k下進(jìn)行等溫壓縮2-3，并向環(huán)境介質(zhì)（即高溫?zé)嵩矗┓懦鰺崃縬k，最后再進(jìn)行絕熱膨脹3-4，使其溫度由T_k 降至T₀即使工質(zhì)回到初始狀態(tài)4，從而完成一個(gè)循環(huán)。

第一章 緒論

1.1 概述

1.2 實(shí)現(xiàn)制冷的途徑

1.3　制冷技術(shù)的應(yīng)用

第二章　蒸氣壓縮式制冷的熱力學(xué)原理

2.1　蒸氣壓縮式制冷的基本系統(tǒng)

2.2　制冷劑種類

2.3　制冷劑的熱力參數(shù)圖表

2.4　制冷量與制冷系數(shù)

2.5　理想制冷循環(huán)——逆卡諾循環(huán)

2.6　蒸氣壓縮式制冷的飽和循環(huán)

2.7　飽和循環(huán)與逆卡諾循環(huán)的比較

2.8　節(jié)流前過冷對(duì)制冷循環(huán)的影響

2.9　吸汽過熱對(duì)制冷循環(huán)的影響

2.10　實(shí)際循環(huán)

2.11　雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)和復(fù)疊式制冷循環(huán)

2.12　熱泵循環(huán)

習(xí)題與思考題

參考文獻(xiàn)

第三章　制冷壓縮機(jī)

3.1　往復(fù)式壓縮機(jī)的工作原理

3.2　往復(fù)式壓縮機(jī)的容積效率與制冷量

3.3　往復(fù)式壓縮機(jī)的功率

3.4　往復(fù)式壓縮機(jī)的特性

3.5　往復(fù)式壓縮機(jī)的構(gòu)造

3.6　往復(fù)式壓縮機(jī)的種類及簡(jiǎn)介

3.7　螺桿式壓縮機(jī)的構(gòu)造與工作過程

3.8　螺桿式壓縮機(jī)的制冷量與功率

3.9　螺桿式壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié)

3.10　單螺桿式壓縮機(jī)

3.11　滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)

3.12　渦旋式壓縮機(jī)

3.13　離心式壓縮機(jī)的構(gòu)造與特點(diǎn)

3.14　離心式壓縮機(jī)的壓縮過程

3.15　離心式壓縮機(jī)的特性與調(diào)節(jié)

習(xí)題與思考題

參考文獻(xiàn)

第四章　冷凝器、蒸發(fā)器和節(jié)流機(jī)構(gòu)

4.1　冷凝器的種類及特點(diǎn)

4.2　冷凝器的選擇計(jì)算

4.3　冷凝器內(nèi)傳熱過程的分析

4.4　蒸發(fā)器的種類及特點(diǎn)

4.5　蒸發(fā)器的選擇計(jì)算

4.6　蒸發(fā)器內(nèi)傳熱過程的分析

4.7　常見的放熱系數(shù)計(jì)算公式

4.8　節(jié)流機(jī)構(gòu)

習(xí)題與思考題

參考文獻(xiàn)

第五章　制冷劑與載冷劑

5.1　制冷劑的熱力學(xué)性質(zhì)

5.2　制冷劑的其他性質(zhì)

5.3　氯氟烴（CFC）類制冷劑對(duì)環(huán)境的影響及對(duì)策

5.4　常用制冷劑的主要性質(zhì)及應(yīng)用范圍

5.5　載冷劑

習(xí)題與思考題

參考文獻(xiàn)

第六章　制冷劑系統(tǒng)及輔助設(shè)備

6.1　制冷劑系統(tǒng)的典型流程

6.2　制冷劑系統(tǒng)中的輔助設(shè)備

6.3　潤(rùn)滑油分離設(shè)備和系統(tǒng)

6.4　不凝性氣體分離器與系統(tǒng)

6.5　安全設(shè)備

6.6　制冷劑管路的管徑的確定

6.7　制冷劑管路的設(shè)計(jì)原則

6.8　冷卻水系統(tǒng)

6.9　制冷量輸送系統(tǒng)

習(xí)題與思考題

參考文獻(xiàn)

第七章 制冷系統(tǒng)的自動(dòng)控制與運(yùn)行調(diào)節(jié)

7.1　制冷系統(tǒng)的自動(dòng)閥門

7.2　制冷系統(tǒng)的控制器

7.3　蒸發(fā)器的自動(dòng)調(diào)節(jié)

7.4　壓縮機(jī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)

7.5　冷凝器的自動(dòng)調(diào)節(jié)

7.6　制冷系統(tǒng)的自動(dòng)安全保護(hù)

7.7　制冷系統(tǒng)的故障分析

習(xí)題與思考題

第八章　溴化鋰吸收式制冷

第九章　制冷在空調(diào)中的應(yīng)用

第十章　熱泵

附錄