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1、第卷第期低,地温与超导年月氮气和氢气斯特林制冷机的不同回热特性严子浚厦门大学物理系【摘婆】本文指出,氦气和氢气斯特林制冷机具有不同的非理想回热特性,两种工质对理论制冷量和制冷系数的影响有所不同,但两者都使理论制冷系数降低,达不到卡诺制冷。,。。同时还指出系数氢气斯特林制冷机受其非理想气体热物性的影响比氦气斯特林制冷机的大关健词斯特林制冷机,气体工质,回热,热力学分析引言,斯特林制冷机是一种二热源回热式制冷机通常认为通过理想回热器可实现理想回,。。。”〕。,热因而其理论制冷系数等于卡诺制冷系数实际上只有当气体工质可视为理。〔“二想气体或范德瓦
2、耳斯气体时斯特林制冷机才具备理想回热的条件口尸二”、肺下。、。、才可以通过理想回热器实现理想回热式中的尸和分别为气体的压强比容。,和绝对温度而当气体不能视为理想气体或范德瓦耳斯气体时特别在低温下气体要用〔“一“〕高精度三参数物态方程二翅”刀,,,来描述时式一般不能成立这时斯特林制冷机就不具备理想回热的条件无。法通过回热器即使是理想的来实现理想回热理论制冷系数就达不到卡诺制冷系数,、,式中的为普适气体常数和树分别为气体的三个特性常数对于氦气和级,、”气和值如表所示襄气体加二台加二含。吕。‘一。,。台,念〕低温与超导年第期,〔“’,自五十年代以
3、来虽然斯特林制冷机的研究已相当广泛深入但对这种气体工质。,“本身所固有的热物性对回热影响的研究还是很不够的以致有些教科书认为对于一个,⋯⋯斯特林制冷循环的制冷系数理论上与卡诺制冷循环相同”,〔‘理想回热器来说,这似乎与工质本身固有的热物性无关有的文献甚至还导出斯特林制冷机的理论制冷系。。〔“’。。数大于卡诺制冷系数的不正确结论所以这个间题有必要进一步研究本文基于,低温气体物态方程幻式应用热力学理论对深冷温区中常用的氮气和氢气斯特林制,冷机中气体热物性进行分析和计算揭示了这两种制冷机具有不同的固有非理想回热特,,性并分析其所产生的影响提供了一
4、些对实际制冷机的设计制造和性能改善等有参考。价值的结论低温气体的摩尔嫡和摩尔热容由热力学关系碟二子,和式可得低温气体的摩尔嫡‘几一刀,一二”口十口而由热力学关系瓮·黔。,和式可得低温气体的定容摩尔热容,号几与口。,。。式中和都仅是温度的函数与比容无关。二一,,,。当或时式右端第二项等于零仅是温度的函数这,。,时式成立斯特林制冷机具有理想回热的条件但对氮气和氢气既不等于,一,,也不等于因而氦气和氢气斯特林制冷机都不具备理想回热的条件无法通过回热。器实现理想回热斯特林制冷循环的功和各过程的热量以气体为工质的斯特林制冷循环,可如图所示它由两个等温
5、过程和两个等容过程。,所组成由式可得工质在二的等温过程中向高温热源放出的热量场和在二的等温过程中从低温热源吸取的热量仇分别为总第期严子浚氦气和氢气斯特林制冷机的不同回热特性,。。,,。一’。八。二二互玉。,,刁’盏户、砂竺会一雀产牛万个场、。。一。,一共“仁一一矿一·一“·丁、十。李二一一一一粤黑一男华口,。二而由式可得工质在的等容过程中二。向回热器放出的热量和在的等容过程中从回热器吸取的热量分别为,。‘。,、”八,二。“二,一三一’一一‘竺共“一、,‘一飞下,一丁双飞十卫、了,、名名,、,图气体斯特林制冷循环的温度一比容图,。。,二、,,
6、,‘’‘一一。丁一一’”‘卫、一气嘿尸赤’‘命勺两者之差为。。一。一一少尸寿寿卜奎毙急,再应用热力学第一定律可得外界对循环所做的功一。。一。·二一二,一一了一二。。旦梁攀到红·‘、一“吐续‘“点”’‘‘,’一“。、“一、。一、,一。一一几几一两种气体工质热物性对回热的不同影响,。一,,。,对于氦气见表由式可知才这就是说氮气斯,特林制冷机受其工质热物性的影响有负回热特性即完成一循环后回热器要损失热量。,,刁这样的循环相当于外界对它做功牙时还不仅从低温热源抽出热量而且还,二从回热器抽出热量才。和功一起总量为班刀输送到高温热源。去,。,,。而对氢
7、气见表由式可知刁所以氢气斯特林制冷机,。受其工质热物性的影响有正回热特性即完成一循环后回热器有多余的热量才这样,。的循环相当于外界对它所做的功牙并非和一起全部都输送到高温热源去而是有。二。一刁一部分量值为刁的热量输送到回热器中去这时平,由于回热器经一循环后必须恢复到原来的状态才能继续正常的工作所以当回热器。,,,有多余的热量即刁时必须及时地放出而当回热器有损失热量即才时〕低温与超导年第期。、。,必须及时地给予补充但回热器的温度介于高低温热源温度和之间而斯特林,。制冷机又是二热源机除了和这两个热源外无其它热源因而当回热器有损失热,,,量时只能
8、从高温热源吸取热量来补充而当回热器有多余热量时只好将它放到低温一。二。,热源去氦气斯特林制冷机属于前一种情况而氢气斯特林制冷机属于后一种倩。,,。况这两种情况都带来了非理想回热的
