不可逆汽机热泵有限时间热力学优化

虑 了 系统 内部不 可 逆 性 ， 别 对 汽机 （ 分 动力 ） 分 和 部
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热泵 部分 的换 热过 程进 行 了传 热 面积 和传 热时 间 的
优 化研 究 。
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１ 系统 模 型
压缩式热泵循环两部分组成 ， 包括汽机 、 压缩机 、 Biblioteka Baidu 发 器 、 凝 器 和 节 流 阀 。动 力部 分 的高 温 热源 温 度 冷
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中 图分 类 号 ：ＴＵ９ ５ ９ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１ ７ － ８ ０ （０ ２ ２ ０ １－ ５ ６２ ９ ７ ２ １ ）０ － １ ０ ０
Ｇｅ ｅ ａ ｒｏ ｍ ａ ｃ ｎ ｒｌ Ｐｅ ｆ ｒ ｎ ｅＣｈａ ａ ｔｒｓｉｓｏ ｎ Ｉ ｒ ｖ ｒ ｉ ｌ ａ ｒ ｃｅ ｉｔｃ ｆ ｒ ｅ ｅ ｓｂ ｅＨｅ ｔ ａ Ｐｕ ｐ ｙ ｔ ｍ ｒｖｅ ｙ Ｓ ｅ ｍ ｍ Ｓ ｓｅ Ｄ ｉ ｎ ｂ ｔ ａ Ｔｕｒ ｎｅＵｓｎｇＦ ｎｉ ｂｉ ｉ ｉ ｔ ｅ
二定律对 Ｊｕ — ｒｙ ｎ ｏｌ Ｂａｔ 循环 的输 出功率进行 了优 ｅ ｏ
研 究 了变 温 位 不可 逆 卡诺 热 机 ， 得 出冷 热 量侧 流 化分析 ， 他 并提供 了最佳传导优化和功率优化的压降
收 稿 日期 ：２ １ －１－１ ０１ ２ ３
作者简介 ：赵麒 （９２ ） １８一 ，男 ， 博士研究生 ，讲师，主要从事节能技术及热原应用研究 ，Ｅ ｍａ：ｈ ｏ ＠１３ Ｏ — ｉ ｉ ｔ ６． Ｎ。 ｌ ｈ２ Ｃ
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根据 经典 热力 学 ， 逆 系统拥 有最 大 的效 率 ， 可 然 体 的最佳 工作 温度 和最 大输 出功率 是换 热器 进 口的 而 可逆 系 统距 离 实 际 系统 较远 ， 逆 系统 的性 能 参 温度而不是进 口和出 口的平均温度。Ｂ ｊ ３ 可 ｅ ｎ『 ａ 推导 数无 法有 效地 代表 实 际系统 的性 能 。近些 年有 限时 出有 限规模 复叠循 环 电厂 的最大 输 出功率 可 由适 当 间热 力学 的发 展 为实 际系统 性能 研究 提供 了较 有效 分 配换 热器 得 到最 大化 。Ｉｒｈｍ ｅ １ 优化研 究 ｂａｉ ｔａ． － 的 方法 。Ａｉ Ａｌ ｎ 研究 了一种 类 似不 可逆 卡诺 热 了外 部 蒸 汽热 容 量 有 限 和无 限情 况 下 卡 诺 循 环 和 ｔ ｉ － 机 的循环 。他 认为 通用 的 内部不 可逆 熵产 速度 与外 Ｊｕ — ｒｙ ｎ ｏ ｌ Ｂ ａｔ 循环的输 出功率 。Ｂａｋ５ ｅ ｏ ｌ － ｎ 联合 了一 、 部 传热 热阻 和发 动机 温度 成正 比。Ｓ ｌ １Ｄｉ ］ ａａ Ｅ ｎ ｈ ２
为 ， 向低 温 热源 ， 热 ， 机 中蒸 汽做 功 ， 放 汽 温度
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汽机 热 泵 系 统 工 作 原 理 如 图 １ 由动 力 循 环 和 计 算 汽机循 环 的效 率并 将 丁 、 代 入得 ， １
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由 了 降至 丁 ， 、 】 ２ 蒸汽做功产生的机械能驱动热泵 的 压 缩 机 工 作 。热 泵 由汽机 带 动 ， 低 温 热 源 吸 从
热， 向高 温 热 源 、 热 ， 泵 蒸发 器 与 冷凝 器 中工 ２１１ 传 热面积 优化 放 热 ．． 质 的工 作温 度分 别 为 、 ｒ 丁 优 化汽 机侧 换热 面积
的优 化关 系 。
（） ４
尺 为 汽 机 内小 司 逆 参 数 ， ｓ＝１ 内 口 逆 汽 尺△ 为 Ｊ
机模 型 ， Ｒ ＜１ 为实 际 汽机 模型 。汽机 循环 的总换 热 面 积 为 Ａ＝Ａ１ ＋Ａ 。汽 机循 环 的总换 热 时 １ ９为
Ｑ１ （） ５
＝． Ｅ ｌ ２ １ 和 ４ 得 本 文 建 立 了汽机 热泵 供 热 系 统 的一 般 模 型 ， 考 ｆ Ｅ＋． 。 由式 （ ） （ ）
Ｔｉ ｅＴｈ ｒ ｏ ｙ ａ ｉ ｐｒ ａ ｈ ｍ ｅ ｍ ｄ ｎ ｍ ｃＡｐ ｏ ｃ
Ｚ ＨＡｏ ．ＴＡＮ ｆｉ Ｑｉ Ｙｕｅ
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第 二期
赵麒 ，等 ：不 可逆汽机热泵有 限时间热力学优化
比 和 温 度 限 。 Ｇ ｎｈｄｓｎ 完 成 了 闭 式 ａ ｄｉａａ
Ｊｕｅ Ｂ ａｔｎ 环燃 气 机 电厂 的分 析 ， 算 了最 大 ｏ ｌ— ｒｙｏ 循 计
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Ｑ１ ～Ｑ２ １ （ 一７ ｌ ＝后Ａ１ ＂ １ 尼Ａ２ 一７ Ｊ２ ２ （ 、 『
第３ 卷 第２ ５ 期 ２ １ 年６ ０２ 月
长春理 工大 学学报 （ 自然科学版 ）
Ｊｕｎ ｌ ｆ ｈ ｎ ｃｕ ｏ ｒａｏ Ｃ ａ ｇｈ ｎＵｎｖｒｉ ｆ ｃｅ ｃ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙ （ ｔｒｌ ｃｅ ｃ ｄｔ ｎ） ｉｅｓｙｏ Ｓ ｉｎｅａ ｄＴ ｃｎ ｌｇ Ｎａ ａ ｉｎ ｅＥ ｉｏ ｔ ｕ Ｓ ｉ
（） ３
循环效率的最佳压降 。田鑫泉等 考虑循环工质与 由热力 学第 二定 律 ： 外 部热 源 之 问传 热热 阻 的影 响 ， 出 了 吸收 式 热 泵 导
＝
一
尺
一
０
最佳 泵 热 系 数 与泵 热 率 及 总传 热 面 积 问 的关 系 ， 以 及 最 佳 传 热 面积 比。林 国星 等 考虑 循 环工 质 与外 部热 源之 问传 热遵 循 牛顿 传 热定律 以及工 质 内部 不 可逆 性 影 响 ， 出 了热泵 的最 大泵 热率 与 性 能 系数 导
ｃ ｅ ｆ ｉｎ ｏ ｔ ｅ ｙ ｔ ｍ ａ ｄ ｅ ｔ ｇ ｌ ａ ｉ ｏ ｔ ｉｅ ． ｏ ｆ ｃｅ ｔ ｆ ｈ ｓ ｓｅ ｉ ｎ ｈ ａ ｉ ｏ ｄ ｓ ｂ ａｎ ｄ Ｔｗｏ ｉ ｅ ｅ ｓｂ ｅ ｐ ａ ｔ ｒ Ｒ Ａ ， Ｒ△ ， ｒ ｉｔｏ ｕ ｅ ｄ ｒ ｇ ｈ ｎ ｒ ｖ ｒ ｉ ｌ ａ ｍｅ ｅ ｓ ｒ ｓ ｓ ａ ｅ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｕ ｉ ｔ ｅ ｎ
Ｖｏ －５ Ｎｏ２ ｌ ３ ．
Ｊ ｎ２ １ ｕ ．０ ２
不 可 逆汽 机 热 泵 有 限 时 间热 力学 优 化
赵麒 ，谭 羽飞
（． １哈尔滨工业大学 市政环境工程学 院 ，哈尔滨 １０ ９ ；２长春工程学院 ５０ ０ ． 能源动 力工程学 院，长春 １０ １ ） ３ ０ ２
摘 要：本文建立 了汽机 热泵 系统的模 型并基 于有 限时间热力学考虑 汽机 热泵系统 内部不可逆和外部不可逆性对 系统性能进 行 了分析研 究。汽机 热泵 系统 由不可逆汽机循环和 不可逆压 缩式热泵循环 组成。分别对汽机侧 和热泵的蒸发器与冷凝器进 行 了优化 面积 分配和 优化 时 间分配研 究 ，得 到 了 系统 热 负荷 与 系统性 能 系数 的数 学关 系。研 究中 引入 两个 不可逆参 数
Ｋ ｙ ｗｏｒ ｓ： ｈ ａ ｕ ｄ ｉ ｅ ｙ ｓ ｅ ｍ ｕ ｂｎ ； ｆ ｉ ｔ ｈ ｒ ｏ ｙ ａ ｃ ； ｉｒ ｖ ｒ ｉ ｉｔ ｅ ｄ ｅ ｔ ｐ ｍｐ ｒ ｎ ｂ ｔａ ｔ ｒ ｉ ｅ ｉ ｔ ｉ ｖ ｎ ｅ ｍｅ ｔ ｅ ｍ ｄ ｎ ｍｉｓ ｒ ｅ ｅ ｓｂ ｌ ｙ； ｏ ｔ ｌ ａ ｅ ｉ ｒ ｕ ｉ ｎ ｉ ｐ ｉ ｒａ ｄｓ ｉ ｔ ； ｍａ ｔｂ ｏ ｏ ｔ ｌ ｔ ｉｔｉ ｕ ｉ ｎ ｐ ｒｏ ａ ｃ ｏ ｆ ｃｅ ｔ ｏ ｅ ｓ ｓｅ ｐｉ ｉ ｍａ ｍｅ ｄ ｓｒ ｔ ； ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｃ ｅ ｆ ｉ ｎ ｆ ｔ ｙ ｔ ｍ ｂ ｏ ｍ ｉ ｈ
Ｒ Ｓ Ｒｚ 。算例研 究显示 内不 可逆参数 对汽机 热泵 系统的性能 比外部不 可逆 因素有 更大的影响。研 究还 发现 热泵侧 不可 △、 ｓ
逆 因素对 系统的影响大 于汽机侧 不可逆因素对 系统 的影响。
关键词 ：汽机热泵 ；有限时 间热力学 ；不可逆 ；优化 面积分配 ；优化时间分配 ；系统性 能系数