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1 # 鎂噠02
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卡諾迴圈 1824年,法國青年工程師卡諾研究了一種理想熱機的效率,這種熱機的迴圈過程叫做“卡諾迴圈”。這是一種特殊的,又是非常重要的迴圈,因為採用這種迴圈的熱機效率最大。
卡諾迴圈是由四個迴圈過程組成,兩個絕熱過程和兩個等溫過程(等溫膨脹, 絕熱膨脹,等溫壓縮,絕熱壓縮)。它是1824年N.L.S.卡諾(見卡諾父子)在對熱機的最大可能效率問題作理論研究時提出的。卡諾假設工作物質只與兩個恆溫熱源交換熱量,沒有散熱、漏氣、磨擦等損耗。為使過程是準靜態過程,工作物質從高溫熱源吸熱應是無溫度差的等溫膨脹過程,同樣,向低溫熱源放熱應是等溫壓縮過程。因限制只與兩熱源交換熱量,脫離熱源後只能是絕熱過程。作卡諾迴圈的熱機叫做卡諾熱機。
卡諾進一步證明了下述卡諾定理:①在相同的高溫熱源和相同的低溫熱源之間工作的一切可逆熱機的效率都相等 ,與工作物質無關,為,其中T1、T2分別是高溫和低溫熱源的絕對溫度。②在相同的高溫熱源和相同的低溫熱源之間工作的一切不可逆熱機的效率不可能大於可逆卡諾熱機的效率。可逆和不可逆熱機分別經歷可逆和不可逆的迴圈過程。
卡諾定理闡明瞭熱機效率的限制,指出了提高熱機效率的方向(提高T1、降低T2、減少散熱、漏氣、摩擦等不可逆損耗,使迴圈儘量接近卡諾迴圈),成為熱機研究的理論依據、熱機效率的限制、實際熱力學過程的不可逆性及其間聯絡的研究,導致熱力學第二定律的建立。
在卡諾定理基礎上建立的與測溫物質及測溫屬性無關的絕對熱力學溫標,使溫度測量建立在客觀的基礎之上。此外,應用卡諾迴圈和卡諾定理,還可以研究表面張力、飽和蒸氣壓與溫度的關係及可逆電池的電動勢等。還應強調,卡諾定理這種撇開具體裝置和具體工作物質的抽象而普遍的理論研究,已經貫穿在整個熱力學的研究之中。
逆卡諾迴圈奠定了製冷理論的基礎,逆卡諾迴圈揭示了空調製冷係數(俗稱EER或COP)的極限。一切蒸發式製冷都不能突破逆卡諾迴圈。
在逆卡諾迴圈理論中間,要提高空調製冷係數就只有以下二招:
1。提高壓機效率,從上面推導可以發現小型空調理論上只存在效率提高空間19%;大型螺桿水機效率提高空間9%。
2。膨脹功損失與內部摩擦損失(所謂內部不可逆迴圈):其中減少內部摩擦損失幾乎沒有空間與意義。在我們songrui版主的液壓馬達沒有問世之前,解決膨脹功損失的唯一方法是採用比容大的製冷劑,達到減少輸送質量的目的。如R410A等複合冷劑由於比容較R22大,使膨脹功損失有所減少,相對提高了製冷係數。但是就目前情況看透過採用比容大的製冷劑,製冷係數提高空間不會超過6%。(極限空間12%)
根據逆卡諾迴圈基本原理:
高溫高壓氣態製冷劑經膨脹機構節流處理後變為低溫低壓的液態製冷劑,進入空氣交換機中蒸發吸熱,從空氣中吸收大量的熱量Q2;
蒸發吸熱後的製冷劑以氣態形式進入壓縮機,被壓縮後,變成高溫高壓的製冷劑(此時製冷劑中所蘊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中的電能在壓縮製冷劑時轉化成的熱量Q1;
被壓縮後的高溫高壓制冷劑進入熱交換器,將其所含熱量(Q1+Q2)釋放給進入熱換熱器中的冷水,冷水被加熱到60℃直接進入保溫水箱儲存起來供使用者使用;
放熱後的製冷劑以液態形式進入膨脹機構,節流降壓......如此不間斷進行迴圈。
冷水獲得的熱量Q3=製冷劑從空氣中吸收的熱量Q2+驅動壓縮機的電能轉化成的熱量Q1, 在標準工況下:Q2=3.6Q1,即消耗1份電能,得到4.6份的熱量。
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空氣源熱泵的原理是逆卡諾迴圈。熱泵的工作原理就是以逆迴圈方式迫使熱量從低溫物體流向高溫物體的機械裝置,它僅消耗少量的逆迴圈淨功,就可以得到較大的供熱量,可以有效地把難以應用的低品位熱能利用起來達到節能目的。空氣源熱泵在執行中,蒸發器從空氣中的環境熱能中吸取熱量以蒸發傳熱工質,工質蒸氣經壓縮機壓縮後壓力和溫度上升,高溫蒸氣透過黏結在貯水箱外表面的特製環形管時,冷凝器冷凝成液體,將熱量傳遞給空氣源熱泵貯水箱中的水。利用的低位熱能(如空氣、土壤、水中所含的熱量)轉換為可以利用的高位熱能,從而達到節約部分高位能(如煤、燃氣、油、電能等)的目的。擴充套件資料:特點1、空氣源熱泵系統冷熱源合一,不需要設專門的冷凍機房、鍋爐房,機組可任意放置屋頂或地面,不佔用建築的有效使用面積,施工安裝十分簡便。2、空氣源熱泵系統無冷卻水系統,無冷卻水消耗,也無冷卻水系統動力消耗。另外,冷卻水汙染形成的軍團菌感染的病例已有不少報導,從安全衛生的角度,考慮空氣源熱泵也具有明顯的優勢。3、空氣源熱泵系統由於無需鍋爐、無需相應的鍋爐燃料供應系統、除塵系統和煙氣排放系統,系統安全可靠、對環境無汙染。4、空氣源熱泵冷(熱)水機組採用模組化設計,不必設定備用機組,執行過程中電腦自動控制,調節機組的執行狀態,使輸出功率與工作環境相適應。5、空氣源熱泵的效能會隨室外氣候變化而變化。6、在中國北方室外空氣溫度低的地方,由於熱泵冬季供熱量不足,需設輔助加熱器。