不可逆恒温热源空气制冷机的经济性能优化
文章用有限时间热力学理论和方法，研究了恒温热源条件下不可逆空气制冷机的有限时间经济性能，导出了利润率解析式。用数值计算分析了压比、热源温比、热导率分配、压缩机和膨胀机的效率等参数对利润率的影响，并优化了循环压比和换热器的热导率分配。通过价格比，将有限时间经济性能目标与制冷率、熵产率及生态学目标建立了联系。所得结果对实际空气制冷设备的设计有一定指导意义。
引言
随着人们对氟利昂环境影响的日益关注，以及涡轮透平技术的成熟，空气制冷机再一次进入人们的视野，其运用范围也逐步拓宽。有限时间热力学旨在研究有限时间(尺寸)内发生的带有热现象过程最优效果的一门学科，自创立以来已对大量热力系统的性能进行了优化。在已有的文献中，对空气制冷机的有限时间热力学分析多以制冷系数、制冷效率、制冷率密度、效率以及生态学函数作为分析及优化的目标。在运用有限时间热力学分析优化循环系统纯热力学量的同时，考虑循环过程经济效益的分析方法先后被Ibrahim等、De Vos等、Sahin等提出。陈林根等则将有限时间热力学与经济分析相结合提出了有限时间经济分析法，定义了有限时间经济性能界限，并用该方法导出了可逆和不可逆Carnot热机、制冷机和热泵的参数优化准则。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)在文献基础上，用文献的方法，研究恒温热源条件下不可逆空气制冷机的有限时间经济性能。
不可逆空气制冷机模型及经济性能解析关系
不可逆空气压缩制冷机循环可视为一不可逆、定常态流布雷顿逆循环，如图1所示，过程1～2为空气经过冷藏室从低温热源TL 吸热温度升高到T2(T2 <TL )；过程2～3 为空气在压缩机中不可逆压缩；过程3～4为空气流经冷却器向高温热源TH 放热且温度下降至T4(T4 >TH)；过程4～1为空气在膨胀机中不可逆膨胀。2～3s和4～1s分别为与2～3和4～1相对应的等熵压缩和膨胀过程。
图1 空气制冷机循环T～S 图
结论
文章在文献的基础上导出了不可逆空气制冷机的经济性能目标函数解析关系式，用数值计算方法对经济性能目标函数进行优化，得到了利润率与压比以及利润率与热导率分配的关系。当热导率分配一定时，利润率目标函数与压比呈类抛物线关系；当压比一定时，利润率目标函数与热导率分配也呈类抛物线关系，即同时存在一对最佳的压比值和热导率分配值，使利润率目标函数取得双重最佳值。文章还讨论了压缩机和膨胀机效率、换热器有效度、热源温比及高温热源与外界环境温度之比对最佳压比的影响。分析过程中发现经济性能目标可通过价格比与熵产率、制冷率及生态学目标建立联系。
