什么是空调-它如何工作-定义

冰箱 - 它如何工作。冰箱,空调和热泵的工作原理是相同的,并且它只是热力发动机的反向。优德app热工程学

空调 - 它如何工作

热泵-加热和空调
热泵,冰箱,空调 - 操作基本原理

这个词热泵通常是为一种设备预留的,它可以在冬天通过使用一个电动机来加热房子,这个电动机做W工作来吸收热量寒冷的从低温的外部传递热量去温暖的屋子里。

工作原理冰箱,空调,热泵相同的这只是反向热机。一般来说,热泵是一种从a中传递热能的装置热源到A“散热器“但在这种情况下,转移发生在自发热传递的相反方向上w88优德备用网址 微博吸收热量来自A.寒冷的空间释放它到A.温暖的一个。如图所示,通过对外做功W,热量从低温区域(热源)获得,在较高的温度(散热器)排出更多的热量。

最广泛使用的热力循环或方法用于加热,空调,冰箱和热泵是蒸汽压缩循环

什么是热力学中的热w88优德app
zeroth-law-of-w88优德appthermodynamics-heat

参见:在热力学热量w88优德app

尽管内部能量指物体内所有分子的总能量,是能量的量流动从一个物体自发地到另一个物体由于它们的温差。是能量的一种形式,但确实是吗能源在运输途中。热量不是系统的属性。然而,由于A的分子水平,能量转移为热量发生温差

考虑一个金属块在高温下,原子围绕它们的平均位置剧烈振荡。在低温下,原子继续振荡,但是不太强度。如果与冷却器块接触的更热的金属块,则热块边缘处的强烈振荡原子在冷却块的边缘处脱离其动能到较少的振荡原子。在这种情况下有能量转移在这两个街区和热量流动通过这种随机振动从更热到的冷却器块。

一般来说,当两个物体被带入热接触,热量将流动他们之间直到他们来到平衡彼此。当一个温差存在自发流动的热吗从加热系统到较冷的系统。w88优德备用网址 微博传热发生在传导或者热辐射。当热量停止流动,据说他们在同样的温度。然后他们就被说成是在热平衡

蒸汽压缩循环-蒸汽压缩制冷

蒸汽压缩循环 - 热泵热力学循环。
蒸汽压缩循环 - 热泵热力学循环。

蒸汽压缩使用循环液体制冷剂作为培养基(通常R134a)吸收并从待冷却的空间中吸收并除去热量,随后拒绝在其他地方的热量。该图描绘了典型的单级蒸气压缩系统。典型的蒸汽压缩系统由四部分组成:

  • 压缩机
  • 冷凝器
  • 膨胀阀(也称为节流阀)
  • 蒸发器

在理想的蒸汽压缩循环中,执行循环的系统经历了一系列四种方法:一个等熵(可逆绝热)工艺,一个节流过程交替,具有两种等离的过程:

  • 等熵压缩(活塞式压缩机中的压缩) - 诸如R134a的循环制冷剂进入压缩机作为低压蒸汽或略低于冰箱内部的温度。通过活塞式压缩机(或离心泵)通过活塞式压缩机(或离心泵)在态1中被绝热地压缩气态介质到相对高的压力和温度。周围环境在气体上工作,增加其内部能量(温度)并压缩(增加其压力)。另一方面,熵保持不变。压缩机所需的工作是给出的WC= H2- H1
  • 异烟体热排斥(冷凝器)-过热蒸汽在压力下通过组成冷凝器的盘管或管。在这一阶段,制冷剂通过冷凝器,在那里制冷剂冷凝,热量从制冷剂转移到更冷的环境。w88优德备用网址 微博所排出的净热由再保险= H3.- H2当制冷剂离开冷凝器时,它仍然处于压力之下,但现在仅略高于室温。
  • 等焓过程(膨胀阀内膨胀)—状态3的制冷剂进入膨胀阀,膨胀至蒸发器压力。这个过程通常被建模为一个焓保持不变的节流过程。H4= H3.压力的突然下降导致部分液体(通常约一半)发生爆炸性的闪蒸。这种快速蒸发吸收的潜热主要来自于邻近的静止液体制冷剂,这种现象被称为auto-refrigeration
  • 等压加热(在蒸发器中) - 冷和部分蒸发的制冷剂继续通过蒸发器单元的线圈或管。在该阶段(在状态4和状态1之间)在来自外部源的液体介质上存在恒压热传递,因为腔室是开放的流动进出。w88优德备用网址 微博当制冷剂通过蒸发器时,来自冷藏空间的热传递导致制冷剂的蒸发。w88优德备用网址 微博添加的净热量由添加= H1- H4

在蒸汽压缩循环期间,通过状态1和2之间的泵在流体上进行工作(等熵压缩)。由于阶段3和4之间,流体没有工作,该过程是恒星的。蒸汽压缩循环中的工作流体遵循闭环并持续重复使用。

R134A制冷剂 - 性质
R134a,制冷剂R134a,化学1,1,1,2-四氟乙烷 (CF 3. CH 2 F)是一种非可燃气体,主要用作家用制冷和汽车空调的“高温”制冷剂。它无毒、不易燃、无腐蚀性,正常处理是安全的。在离心、旋转螺杆、涡旋和往复式压缩机领域,它被用作对环境更有害的R-12制冷剂的替代品。
R134A  - 制冷剂 - 参数表
R134a -制冷剂-参数表

可逆热泵

可逆热泵 - 示意图 - 分钟可逆热泵工作向任一方向提供加热或者空调(冷却)到内部空间。他们雇佣一个换向阀通过冷凝器和蒸发线圈扭转从压缩机的制冷剂流动。

暖气和空调

加热模式,热泵在加热(即,它们可以具有COP = 4)比使用相同量的电力的简单电阻加热器更有效。通常安装的热泵成本大约大于电阻加热器的20倍。在加热模式下,室外线圈是蒸发器,而室内是冷凝器。

冷却模式室外盘管为冷凝器,室内盘管为蒸发器。在加热模式下,室外盘管为蒸发器,室内盘管为冷凝器。冷却模式的COP小于加热模式,因为压缩机的功只在加热模式时被利用。

性能系数-热泵,冰箱,空调

一般来说,热效率,η.th的任何热机作为比率的工作是这样,W,输入在高温下,QH

热效率公式 -  1

热效率,η.th,代表分数,H,转换了工作

热泵-加热和空调
热泵,冰箱,空调 - 操作基本原理

但在热泵冰箱,功不是输出。对于制冷泵或热泵来说,热效率表明了功所增加的能量转换为净热量输出的程度。从经济学的观点来看最佳制冷循环是一个最大限度地释放热量从冰箱内部(冷库)以最少的消耗机械功或电能。因此,相关比率,这个比率越大,冰箱越好。我们称这个比值为性能系数,用警察

性能系数,警察,对于热泵也有定义,但是在这一点我们根据热源吸收的净热量。的警察通常超过1,特别是在热泵中,因为,而不是仅仅将工作转换为热量泵额外的热量从热源到所需的热源。

一般来说,警察高度依赖于操作条件,特别是散热器与系统之间的绝对温度和相对温度。

性能系数-冰箱,空调

性能系数,警察,A的冰箱被定义为从冷库中取出的热量q寒冷的(即在冰箱内)除以除去热量所做的功W(即压缩机所做的功)。

COP  - 性能系数 - 方程

可以看出,冰箱更好的(更高效)的热量寒冷的可以从冰箱里面取出一定量的工作。自热力学第一定律w88优德app在这种情况下也必须有效(Q寒冷的+ w = q),则可以将上述方程改写为:

COP  - 性能系数 - 公式2

对于一个理想的冰箱(没有损失和不可逆)可以导出:

COP  - 性能系数 - 公式3

这些公式也适用于an空调,它非常像冰箱一样。

另一方面,用于加热和冷却的警察是不同的。

性能系数-热泵

加热,警察是添加到系统(热储存器)的热量的比率。使用热力学的第一定律定义警察,因为从冷藏液中取w88优德app出的热量加上输入工作的输入工作。

性能系数-热泵-方程

对于一个理想的(没有损失和不可逆性的)热泵可以导出:

性能系数-热泵-方程2

注意,这些方程必须使用an绝对温标(T寒冷的T),它只是一个理论最大效率。根据上述公式,T的最大可实现的警察= 35°C (308 K)和T寒冷的= 0°C(273 k)为8.8。但实际上,最好的系统约为4.5。

可以看出,通过减少加热泵系统的COP可以提高温差(T- T.寒冷的)。因此,降低输出温度(T)非常有效,但需要从热泵系统到周围的热传递非常有效(即用管道地板使用)。w88优德备用网址 微博输入温度的增加(T寒冷的)例如,例如,超大的地面热量。

示例-热泵-加热和空调

一个可逆热泵具有绩效系数,警察= 3.0,当在线操作时加热模式。其压缩机消耗1500 W.的电能。

  1. 计算热量()热泵可以添加到房间?
  2. 如果热泵被转向冷却模式(即夏天作为空调),你会期待它的性能系数成为?承担所有其他人保持不变并忽视所有其他损失。

解决方案:

警察,定义为:

性能系数-热泵-方程

热泵可以给一个房间增加的热量等于:

=警察加热x W = 3 x 1500 =4500w或4500j /s

如遇冷却模式,用热泵(空调)1500 W.电机可散热寒冷的从房子里面然后转储q= 4500 W到热门外部。使用第一个热力学定律,哪些州:w88优德app

寒冷的+ w = q,

我们得到了热量,寒冷的= 3000 W。的定义:警察冷却= 3000/1500 =2

请注意,在此示例中,我们有许多假设。例如,我们认为温差(t- T.寒冷的)两种模式都是一样的。但我们已经交换了水库,没有对警察的任何影响。它只是一个说明性的例子。

反向布雷顿循环-布雷顿制冷循环

反向布雷顿循环-冷却和热泵
反向布雷顿周期

一般来说,布雷顿循环描述了一个工作的工作恒压热动发动机。今天,现代燃气轮机发动机吸气式喷气发动机也是恒压热机吗

一个布雷顿循环这种反向驱动被称为反向布雷顿周期。它的目的是把热量从较冷的物体传递给较热的物体,而不是做功。根据热力学第二定律,w88优德app热不能自发流动从冷系统到热系统,不需要外部对系统做功。热可以从较冷的物体流向较热的物体,但是只有在外部工作的逼迫下。这正是电冰箱和热泵所实现的。它们是由电动机驱动的,需要从它们周围的工作来操作。一个可能的循环是反向布雷顿循环,它类似于普通的布雷顿循环,但它是通过网络输入反向驱动的。这个循环也被称为气体制冷循环或贝尔科尔曼循环。这种类型的循环广泛应用于喷气式飞机的空调系统中,使用来自发动机压缩机的空气。它也广泛应用于液化天然气行业,其中最大的反向布雷顿循环是使用86mw的电力从燃气涡轮驱动压缩机和氮气制冷剂过冷液化天然气。

参考:
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先进反应堆物理:

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其他参考资料:

柴油发动机 - 汽车回收

参见:

暖气和空调

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