反向热机

可逆热机使用与热机相同的工作原理传热在冷区和热区之间。然而，反向热机也在反向传递能量。反向热机不是将能量从温度较高的区域转移到温度较低的区域，而是通过增加功将能量从温度较低的热源转移到温度较高的系统。

可逆发动机的工作原理是热力学第二定律，该定律指出:

反向热机	热引擎
热量从寒冷的地区转移到炎热的地区。	热量从热的地区转移到较冷的地区。
向系统中做功，将能量从冷区转移到热区(即对系统做功)。	的传热产生功(这是系统的输出)。

反向发动机通过循环过程在热热源和冷热源之间传递能量，将热能转化为机械功。能量的流动如下图1所示，其中能量通过加功从温度较低的区域转移到周围(温度较高的区域)。由于这一过程不能自然发生，因此使用电动压缩机将热量泵出系统。

图1所示。可逆热机能量流图。资料来源:Georgia Panagi: StudySmarter。

释放到周围环境的能量(Q_H)单位为焦耳，由反向热机表示为功(W)和从较低温度(Q_C)以焦耳为单位。

逆热机的应用

反向热机主要有两种应用:热泵和冰箱，它们的设计目的是将热量从寒冷地区转移到更热的地区。

冰箱

冰箱和空调是用来散热的。在系统上做功，使用电机将冰箱内的热空气泵到温度较高的环境中。该过程涉及流体在一个封闭系统中循环:

1. 液体通过喷嘴膨胀，然后变成气体冷却下来。这就是所谓的绝热膨胀，能量或质量不会转移到环境中。
2. 较冷的气体被转移到温度较高的冰箱内部空间。热量从冰箱传递到气体中，从而提高了气体的温度。这被称为等压膨胀，这意味着压力是恒定的。
3. 然后气体被输送到压缩机，这增加了系统的功。压缩气体被加热后又变成液体。
4. 热液体通过位于冰箱外面的线圈，热量被传递到房间。这就是所谓的等压压缩。

这些步骤可以用来构造一个p-v图，如下图2所示。每次工作从冰箱中除去的热量由性能系数(COP)给出_裁判)．它是衡量从冷区传递的热量与系统输入的功的比较。

图2。冰箱的P-V图。资料来源:StudySmarter的Georgia Panagi。

利用逆热机中功与传热的关系，我们得到性能系数的公式如下:

对于一个理想的冰箱，我们假设每个区域的换热量等于该区域的温度，这就得到了COP的表达式:

热泵

热泵是用来给房间供暖的。系统通常由压缩气体组成，热泵的顺序工作过程如下:

1. 电动压缩机向系统输入机械功。这会提高温度压力从而被迫进入一些位于较高温度区域的冷凝器盘管。
2. 由于气体的温度高于周围环境的温度，热能就被传递到室内，气体就凝结成液体。
3. 液体通过一个膨胀阀，在它回到蒸发器线圈继续循环之前，它的温度会降低。
4. 最后两个步骤通常反过来进行，以运行冷却循环，制冷剂流体通过膨胀阀降低其温度到蒸发器，将热量从室内传递到室外，从而冷却制冷剂。

传递的热量(Q_H)进入一个空间，每单位功输入(W)是热泵COP的性能系数_惠普．

从上面的方程可以看出，当温差较小时，热泵似乎有更大的性能。性能系数是热量与所需功的比值。因此，较高的COP意味着热泵以更少的能量提供相同的功。因此，COP越高，效率越高。

效率

反向热机的效率是实际转化为功的热量传递量。这是由功除以热量传递Q决定的_H．然后，可以为COP编写关系_惠普，确定效率，如下图所示。

由于热机的效率总是小于1(总有一些热量损失)，COP_惠普总是大于1(参见下面的方程)。因此，热泵有更多的传热Q_h比投入的精力还多。

冰箱性能系数与热泵性能系数之间也有一定的关系。这可以用功方程和热泵系数公式推导出来，如下所示。

我们开始使用描述热泵传热的方程:

然后，利用性能方程中的热泵性能系数和制冷机性能系数，用Q重新排列_H和问_C分别为:

我们现在将它们代入前面提到的传热方程，并除以方程两边的功，得到: