q∝△(T^-1)的不可逆吸收式制冷系统的优化

    0　引　言

    用“低品位”热源驱动的吸收式制冷机是目前发展制冷设备的又一方法。该方法的应用对减少主要热源的浪费及降低环境污染有很大的发展潜力。在过去的几年里,许多学者用有限时间热力学理论[1-6]对该设备的循环模型进行了探索,并获得了许多重要成果。一些学者用线性传热规律分析了内可逆[7,8]、不可逆[9]的模型中有限热传导率对吸收式制冷装置的制冷系数的影响,也有一些学者用线性唯像规律分析了内可逆[10,11]模型中有限热传导率对吸收式制冷装置的性能参数的影响。本文对q∝Δ (T-1)规律的不可逆吸收式制冷系统进行了分析,并得到一些重要结论。

    本文中的不可逆循环模型包括有限热传导率、热漏和工质内部耗散等不可逆因素,用于分析这些不可逆因素对线性唯像传热规律下不可逆吸收式制冷循环主要性能特征的影响。

    1　制冷系数与制冷率

    吸收式制冷循环系统的主要组成部件是发生器、吸收器、冷凝器、蒸发器,如图1所示。吸收式制冷机的制冷率r比qe小,是因为从低温热源(通常是环境)到制冷空间有热漏。泵的输入功相对于进入发生器的能量是很小的,且在通常分析中都忽略不计。根据热力学第一定律:

    如图1所示,假定吸收式制冷机循环系统中工质为稳态流,并且不同部分与工质的热交换的热源温度分别为Th、Ta、Tc,工质与外部热源间有热阻。工质循环由三个不可逆等温过程和三个不可逆绝热过程组成,在三个等温过程中工质的温度与外部热源的温度不同,所以为有温差传热,假设工质在冷凝器和吸收器中具有相同的温度T2,这个假设是基于工质在冷凝器和吸收器中与之热交换的低温热源温度相同,如图2所示。图中q0=qc+qa,其中:qL是从低温热源到制冷空间的热漏,T1和T3分别为工质在发生器和蒸发器中的温度。

    现实中的吸收式制冷设备是复杂的,且经历一系列不可逆因素,除了在内可逆循环模型中的有限热传导率和从低温热源到制冷空间的热漏的不可逆外,还存在其他不可逆性源,如工质内部耗散,这些都会引起吸收式制冷机的制冷系数和制冷率的降低。根据热力学第二定律,可得到不可逆因子[9]

    而热阻对不可逆循环的影响直接依赖传热规律,当传热为线性唯像规律时:

    式中:Ag,Ac,Aa和Ae分别为发生器、冷凝器、吸收器和蒸发器的传热面积;KL为热漏系数;Ug和Ue分别为发生器和蒸发器的总传热系数;并假定冷凝器和吸收器总传热系数同为Uca。因此制冷系统的总传热面积为

A=Ag+A0+Ae(7)

    式中:A0=Ac+Aa

　　根据吸收式制冷机的制冷系数和制冷率的定义可以得到