内可逆空气制冷机制冷率密度分析与优化

内可逆空气制冷机制冷率密度分析与优化周圣兵，陈林根，孙丰瑞（海军工程大学306教研室，武汉430033以制冷率密度作为热力性能目标，对内可逆空气制冷机进行分析与优化，得到了不同于以制冷率为目标的优化结果，并由数值计算分析了压比和热导率分配对制冷率密度的影响特点。

制冷率密度；内可逆空气制冷机；热导率分配优化TB61 A 1刖目在制冷循环的有限时间热力学分析中，一般选定制冷率或制冷系数作为分析及优化目标1996年起，一些学者以对最大比容平均的功率输出一功率密度为优化目标，研究了不计热阻损失热机循环的性能优化问题，兼顾了发动机的尺寸和效率Yavuz和Erbay进一步分别用制冷率密度（即制冷率与循环最大比容之比）分析研究了Ericsson循环和Stirling循环，并得到了有意义的结果由于氟里昂对臭氧层的巨大破坏作用，出于环保要求，空气制冷循环的研究近年来得到高度重视本文将以内可逆空气制冷机为研究对象，选定制冷率密度作为热力性能目标，进行性能分析与优化，并与以制冷率为优化目标的研究方法和研究结果进行了比较2内可逆空气制冷机模型所示为内可逆空气制冷机模型，假定该模型为定常态流，内可逆布雷顿制冷循环，两恒温热源制冷温度分别为Th、Tl；过程1-2为从Tl热源吸热过程，过程3-4为向Th热源放热过程，2-3和4 -1分别为等熵绝热压缩和膨胀过程；工质为理想气体，有恒热容率CW，为质量流率与定压比热之税3制冷率、制冷率密度与制冷系数基本优化关系3.1制冷率与制冷系数表达式由热源与工质间的传热工质性质和换热器理高、低温换热器传热单元数：Nh=UH/Cwf，Ni=Ui/Cw/.由内可逆循环性质有T1T3=T2T4，循环的输入功率和制冷系数分别为：由（1）~（3）式可得制冷率制冷系数的表达式：压比有关，若压比不变，则制冷率的优化对制冷系数不产生影响。

3.2制冷率密度解析式循环中，2点为比容最大点，故循环的制冷率密度定义为r=R/V2为分析方便起见，分别将制冷率及制冷率密度表示为无因次形式：其中f= Th/Tl，为热源温比3.3各种优化关系研究与分析3.3.1制冷率制冷率密度与压比（温比）关系分析在高低温侧换热器总热导率一定的条件下优化其分配，也即在给定循环约束条件Uh+Ul=Ut下，求u=Ul/Ut的最佳值，使得循环的制冷率R趋于最大值因此有UL=uUt，Uh=（7），"r是x的函数，令d/dx=0，可求得当x=xopt时，1取得最大值。其中：xopt是使7取得最大值时对应的最佳温比，故=1kW/K，可计算出u0.86时，已失去物理意义不同。随着压比的上升，制冷率总是单调递增；而制冷率密度与压比关系则取决于u的值，u0.86时，不存在。

3.3.2制冷率、制冷率密度与热导率分配关系分析是由（8）式所确定定的；孤关系曲线」线她―▲队啦的值，得到制冷率制冷率密度与热导率分配关系如上，c1= 80.由两图可知，u（0