222-不可逆VM循环热泵的有限时间热力学分析.pdfVIP

不可逆VM 循环热泵的有限时间热力学分 析 薛晓东,陈家熠,谢英柏 （华北电力大学动力工程系，河北省保定市，071003 ） 摘 要：VM循环是一种热能驱动的循环。采用VM循环热泵是一种利用余热的高效途径。 本文采用有限时间热力学的方法，建立冷VM循环热泵的不可逆模型，考虑到热源热容有限 性及热阻损失、回热损失及热漏损失带来的循环不可逆性的影响，推导出了泵热率并用软件 进行了模拟分析。分析表明，在有限热源热容的影响下，热源进口温度和出口温度有温差存 在，该温差受到换热器效率的影响；回热损失和热漏损失对VM循环热泵的泵热率有着一定 的影响；泵热率随着性能系数的增大而增大。 Abstract ：The VM cycle is a heat driven cycle. VM cycle heat pump is an efficient way to utilize waste heat. In this paper, the irreversible model of cold VM cycle heat pump is established by means of finite time thermodynamics. Considering the influence of heat capacity limited and thermal resistance loss, regenerative loss and heat leakage loss, the pump heat rate is derived and the simulation analysis is carried out by software. The analysis shows that there is a temperature difference between the inlet temperature of the heat source and the outlet temperature under the influence of the heat capacity of the finite heat source. The temperature difference is influenced by the efficiency of the heat exchanger; the heat loss and the loss of heat leakage have a certain influence on the heat pump rate of the VM cycle heat pump; the pump heat rate increases with the increase of the performance coefficient. 关键词：VM 循环热泵；有限时间热力学；不可逆；泵热率 1 前言 我国的废热利用率远逊于发达国家，存在大量余热。如果能运用有效的余热利用技术将 余热收集利用，那么对于解决能源危机必将有重大的意义 [1] 。VM （Vuilleumier ）循环热泵 采用热能输入动力，可以利用太阳能集热、废热或矿物燃料和固体废料的燃烧热，作为 一种提升能量品位的装置，是一种高效节能的余热利用技术。对于缓解能源供需求矛盾、 减少环境污染和实现可持续发展具有重要意义 [2-3] 。 对于热机的模型，卡诺循环给出了热机的最大可能效率 [4] 。但是要求热机必须完全可逆 地运行，即在整个热力过程中保持内平衡，系统和环境的总熵不变，这就要求过程进行的时 间无限长，是一个理想循环，显然难以实现。内可逆模型从实际出发，考虑到热阻的存在， 即工质与热源间传热的不可逆性。因而其结果比经典热力学的结论对实际更有指导意义，有 薛晓东，男，1993 年 12 月，研究生，河北省保定市北市区永华北大街 619 号，071003 xdxue88@163.com，甘肃省天水市人，现在就读于华北电力大学，研究 VM 循环热泵、液化空气储能等方 向。 助于人们探讨热阻的存在对热力循环所带来