文章用有限時間熱力學理論和方法，研究了恒溫熱源條件下不可逆空氣制冷機的有限時間經濟性能，導出了利潤率解析式。用數值計算分析了壓比、熱源溫比、熱導率分配、壓縮機和膨脹機的效率等參數對利潤率的影響，并優(yōu)化了循環(huán)壓比和換熱器的熱導率分配。通過價格比，將有限時間經濟性能目標與制冷率、熵產率及生態(tài)學目標建立了聯系。所得結果對實際空氣制冷設備的設計有一定指導意義。

引言

　　隨著人們對氟利昂環(huán)境影響的日益關注，以及渦輪透平技術的成熟，空氣制冷機再一次進入人們的視野，其運用范圍也逐步拓寬。有限時間熱力學旨在研究有限時間(尺寸)內發(fā)生的帶有熱現象過程最優(yōu)效果的一門學科，自創(chuàng)立以來已對大量熱力系統(tǒng)的性能進行了優(yōu)化。在已有的文獻中，對空氣制冷機的有限時間熱力學分析多以制冷系數、制冷效率、制冷率密度、效率以及生態(tài)學函數作為分析及優(yōu)化的目標。在運用有限時間熱力學分析優(yōu)化循環(huán)系統(tǒng)純熱力學量的同時，考慮循環(huán)過程經濟效益的分析方法先后被Ibrahim等、De Vos等、Sahin等提出。陳林根等則將有限時間熱力學與經濟分析相結合提出了有限時間經濟分析法，定義了有限時間經濟性能界限，并用該方法導出了可逆和不可逆Carnot熱機、制冷機和熱泵的參數優(yōu)化準則。真空技術網(http://www.13house.cn/)在文獻基礎上，用文獻的方法，研究恒溫熱源條件下不可逆空氣制冷機的有限時間經濟性能。

不可逆空氣制冷機模型及經濟性能解析關系

　　不可逆空氣壓縮制冷機循環(huán)可視為一不可逆、定常態(tài)流布雷頓逆循環(huán)，如圖1所示，過程1～2為空氣經過冷藏室從低溫熱源TL 吸熱溫度升高到T2(T2 <TL )；過程2～3 為空氣在壓縮機中不可逆壓縮；過程3～4為空氣流經冷卻器向高溫熱源TH 放熱且溫度下降至T4(T4 >TH)；過程4～1為空氣在膨脹機中不可逆膨脹。2～3s和4～1s分別為與2～3和4～1相對應的等熵壓縮和膨脹過程。

圖1 空氣制冷機循環(huán)T～S 圖

結論

　　文章在文獻的基礎上導出了不可逆空氣制冷機的經濟性能目標函數解析關系式，用數值計算方法對經濟性能目標函數進行優(yōu)化，得到了利潤率與壓比以及利潤率與熱導率分配的關系。當熱導率分配一定時，利潤率目標函數與壓比呈類拋物線關系；當壓比一定時，利潤率目標函數與熱導率分配也呈類拋物線關系，即同時存在一對最佳的壓比值和熱導率分配值，使利潤率目標函數取得雙重最佳值。文章還討論了壓縮機和膨脹機效率、換熱器有效度、熱源溫比及高溫熱源與外界環(huán)境溫度之比對最佳壓比的影響。分析過程中發(fā)現經濟性能目標可通過價格比與熵產率、制冷率及生態(tài)學目標建立聯系。