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获悉，  关键词:制冷系统，太阳能集热器，优化分析。

    一、引言

    确定太阳能热力循环系统集热器的最佳工作温度，一直是集热器优化设计中的一个重要问题。特别是应用有限时间热力学理论来研究这个问题，将可为太阳能热力循环装置的开发和利用提供一些新的理论依据。本文将进一步研究太阳能制冷系统在热阻影响下集热器的最佳工作温度及有关的优化性能。

    二、系统的总性能系数

    太阳能制冷系统的总性能系数εs通常定义为系统的制冷率qc与入射到太阳能集热器的总能流IA之比值，即

式中I为太阳能入射流，A为集热器的开口面积，ηs = qu/(IA)和ε=qc/qu分别为太阳能集热器的效率和以集热器为高温热源的三热源制冷循环的性能系数，而qu为太阳能集热器输给制冷系统的有用能流。由于ε随着集热器的工作温度Th的升高而增大，ηs随着Th的升高而减少，故存在最佳的Th使εs达最大值。
    当不考虑热阻等不可逆因素对制冷系统性能的影响时，工作在低温热源TC、环境温度To和以集热器为高温热源的三热源制冷机，其性能系数等于卡诺热机的效率ηc =1一To/Th和卡诺制冷机的性能系数εc二Te/(To一TC)之积。可见，太阳能制冷系统的总性能系数与太阳能热机系统的总效率仅相差一个与几无关的因子εc。因此，勿需应用经典热力学理论对太阳能制冷系统集热器的最佳工作温度作专门分析，而可直接应用对太阳能热机系统集热器最佳工作温度分析的结果。
    然而，当考虑热阻对制冷系统性能的影响时，以集热器为高温热源的内可逆三热源制冷机的性能系数不能简单地表示为内可逆卡诺热机的效率和一个与Th无关的因子之积。因此，太阳能制冷系统集热器的最佳卫作温度不同于太阳能热机系统集热器的最佳工作温度，有必要应用有限时间热力学理论对它进行优化分析。根据有限时间热力学理论[9,10]，内可逆三热源制冷循环在给定的供热率qu下的最佳制冷系数为

            (2)

式中K为工质与热源间的传递系数。
    太阳能集热器的效率ηs与集热器热损模型有关。当太阳能集热器的工作温度Th较低时，对流和传导损失是主要的，辐射损失可忽略，则ηs可表示为[11]
ηs=qu/(IA)=(U/I)(Ts-Th)(3)
式中U为集热器的热损失系数，Te为集热器的滞止温度，即集热器提供的热流趋于零时的温度。
    应用式(1)-(3)，可得太阳能制冷系统的总性能系数

式中C=4AU/K。
    三、集热器的最佳工作温度
    应用式(4)和极值条件  可求得当太阳能制冷系统的总性能系数达最大值时，集热器的最佳工作温度Th_'opt，由方程

确定。由式(5)可知，当K →∞，即三热源制冷循环中的热阻影响可忽略时,公式。这正是经典热力学理论的结果。当K→0时，Th,opt=Ts，这时供热率qu=0,系统的总性能系数和制冷率也都等于零。可见，太阳能制冷系统工作在K很小的情况下是不利的，应设法增大K。在实际太阳能制冷系统中，K是有限的，集热器的最佳工作温度Th,opt。应介于Ts和之间，即
                  
当制冷机中热阻较大时，Th,opt相对高些，并以兀为最高界限;而当热阻较小时，Th,opt相对低些，并以为最低界限。在实际应用中，可根据给定的有关参数，由式(5)计算出太阳能制冷系统集热器的最佳工作温度。其结果将比经典热力学理论的结果对实际更有指导意义，它反映了制冷机中传热的不可逆性对集热器最佳工作温度的影响。
    四、讨论
    1.由太阳能制冷系统的制冷率
                                9c=IAεs(7)
可知，在给定的IA下，总性能系数εs达最大值时系统的制冷率qc。也达最大。这表明太阳能制冷系统的最大性能系数和最大制冷率是一致的。这正如一个给定的太阳能动力装3期陈金灿等:太阳能制冷系统的优化分析置一样，其最大效率与最大输出功率是一致的^[5,6,8]。这是应用有限时间热力学理论研究太阳能热力循环系统集热器的最佳工作温度时值得注意的一个重要问题。文献[12]把太阳能制冷系统的最大性能系数和最大制冷率看成是两种不同的工况，与文献^[13,14]一样是不正确的。
    2.文献[(5)已指出，对于太阳能热机、不能应用卡诺热机最大输出功率时的效率来计算其集热器的最佳工作温度。同理，对于太阳能制冷系统，也不能应用三热源制冷循环最大制冷率时的制冷系数εm来计算其集热器的最佳工作温度。因为这时所对应的供热率

受到式(3)的限制，而不是任意的。由式(8)和(3)可知，这时太阳能集热器的工作温度Th是一个确定值，不是变量，故不能应用ηsεm来计算太阳能制冷系统的最大性能系数和集热器的最佳工作温度。已有的研究[[12]不明确这个问题，以致导出了不正确的结果。
    3.当太阳能集热器的工作温度八较高，集热器的热损失以辐射为主时，可用

(式中ε为集热器的有效辐射率，σ为斯式藩一玻耳兹曼常数)代替式(3)作类似的讨论。本文不再赘述。
参考文献
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