逆卡诺循环原理及应用

理想的压缩制冷循环称为逆卡诺循环。这个循环由如下四个步骤组成，如图13-12所示。其表观上可视为图13-1的卡诺循环的逆向运转。

图13-12　逆卡诺循环制冷过程

（1）压缩：工质在压缩机内可逆绝热压缩，是一个等熵过程。因为压缩机消耗了功，工质的热力学能增大，其温度由TL升到TH。这个过程在TS图上是一条向上进行的垂直线1→2，工质在点2是饱和蒸汽。压缩机消耗的轴功-Ws=ΔH=H2-H1。

（3）膨胀：工质在膨胀装置中可逆绝热膨胀，温度由TH降至TL。在TS图上是由上向下进行的垂直线3→4。膨胀机可回收的功-Ws（E）=ΔH=H4-H3。

这样，工质完成了一个循环，回到了初始状态1。根据热力学第一定律，即式（11-13），ΔH=Q-Ws，对于一个循环过程，ΔH=0，故Q=Ws。

在整个循环过程中，只有过程（2）和过程（4）有热交换。因此

在整个循环过程中，对工质所做的净功WN，为压缩机消耗的轴功与膨胀机可回收的功的代数和，数值上等于Q。

综上所述，通过循环，外界对工质做了净功WN，工质在低温TL下从被冷却物料吸收热量QL，在高温TH下放出热量QH至冷却水。就是说，对工质做功的结果是把热量QL从低温转向高温，这就是压缩制冷的工作原理。要注意，QL和QH是不相等的，QL称为单位制冷量或称制冷量，制冷量与消耗功的比值称为制冷系数（refrigeration coefficient），用εC表示，对逆卡诺循环，表达为(www.xing528.com)

从式（13-22）可看出，卡诺循环的制冷系数εC与所使用的介质性质无关，仅取决于高温和低温热源的温度。

在理想的压缩制冷循环中，1→2和3→4两个过程在实际应用中是有困难的，这是因为在湿蒸汽区域压缩和膨胀会在压缩机和膨胀机气缸中形成液滴，造成“气蚀”现象，容易损坏机器；同时压缩机气缸里液滴的迅速蒸发反而使压缩机的容积效率降低。