Bilety_krio_bez_5_bileta (Файлы к экзамену), страница 3

Схема процесса дроселлирования.Устройства для реализации процесса дросселирования.В микрохолодильных установках для осуществления процессадросселирования используется калиброванное отверстие, обычнонаходящееся на конце трубопровода.Рисунок 72. Микрохолодильные дроссельные устройства.В бытовых холодильниках используется капиллярная трубка, вкоторой происходит процесс распределённого дросселирования.Рисунок 73. Капиллярная трубка.Для крупных и среднихнизкотемпературных установокиспользуются регулируемыедроссельные вентили.Рисунок 74. Регулируемыйвентиль.Криогенные дроссельные вентилинужно тщательно изолировать, чтобыгарантировать адиабатностьпроцесса.

Редко изолируют вбытовых холодильниках.Поскольку процесс адиабатный безподвода и отвода работы, тоэнтальпия газа постоянна. Основноеназначение процессадросселирования – понизитьтемпературу газа или жидкости.Понижение температуры при падениидавления в процессе дросселирования является основнойхарактеристикой дросселирования и называется дроссель-эффектом.БИЛЕТ 21) Принцип сохранения массы для (нерелятивистских) систем смногокомпонентными потоками. Примеры составленияматериального баланса для аппаратов и машингазоразделительных установок.Типы систем:• Изолированная система – система, не обменивающаяся с окружающейсредой (другими системами) материальными потоками ( массой) иэнергией ( теплотой, работой).• Закрытая система – система, не обменивающаяся с окружающейсредой (другими системами) материальными потоками ( массой), нообменивающаяся с ней энергией.• Открытая система – система, обменивающаяся с окружающейсредой и материальными и энергетическими потоками.Масса изолированной и закрытой системы всегда остаётся постоянной.Для открытой системы закон сохранения массы можно записать в двухвариантах.Стационарный режим (основные параметры системы неизменны вовремени):� − � = 0Нестационарный (неустановившийся) режим (материальные иэнергетические потоки изменяются во времени):� − � =(изменение массы системы во времени)кгЗадача: в ВРУ подаётся воздух расходом G=100 , при н.у.: из ВРУчвыходит три потока: азота, кислород, аргон при н.у.

и с известнымиобъёмными концентрациями.Необходимо определить расходы потоков, выходящих из ВРУ. Воздухпринимается тройной смесью (азот, кислород, аргон)Рисунок 7. Иллюстрация к задаче.В – поток воздуха, А – поток азота,К – поток кислорода, Ар – потокаргона.Составим уравнение материального баланса по каждому компоненту,АрВА=++ К2222⎧АрВАКвходящего и выходящих потоков: = + + ⎨ ВАрАК⎩ 2 = 2 + 2 + 22) Охлаждение газообразных веществ в условиях открытой изакрытой термодинамической системы.

Минимальная работа,необходимая для охлаждения в условиях P=const и V=const.3) Назначение теплообменных аппаратов. Простейший расчёттеплообменного аппарата.Теплообменные аппараты – устройства для передачи теплоты отпотока к другим потокам или среде с которой происходит обментеплотой.Перенос теплоты осуществляется без отвода работы.Классифицируются по следующим признакам:• По принципу работы Регенераторы – теплообменные аппараты в которых теплотав начале передается от потока к теплоёмкой массерегенератора (насадку), а затем от насадка к другому потоку.Теплота между потоками передаётся периодически, а ненепрерывно. Рекуператоры – теплота от одного потока передаётсядругому потоку или среде через теплопроводящую стенку.Процесс переноса теплоты непрерывен.• По числу потоков Однопоточные Двухпоточные Трехпоточные и многопоточные• По назначению• По направлению движения потоков Прямоточные (потоки сонаправлены) Противоточные (потоки текут в противоположные стороны) Перекрестноточные (потоки скрещиваются под прямым углом)• По агрегатному состоянию вещества Конденсаторы (один из потоков или среда конденсируется) Испарители ( один из потоков или среда испаряется) Конденсаторы-испарители (один поток испаряется –другойожижается) Обычные газовые или жидкостные• По типу конструкцииБИЛЕТ 31) Принцип сохранения энергии.

Потоки энергии (тепловые,электрические, механические, магнитные и др.) и их численноеопределение. Физический смысл энтальпии потока для открытыхсистем. Энергетический баланс для открытых и закрытыхнизкотемпературных систем.Параметрами состояния называются физические величины, которыеопределяют состояние системы, обычно их можно измерить приборами.(Температура (Т), объём (V) и удельный объём (v), паросодержание смеси (x),параметр состояния двухфазной области)Для однокомпонентной и однофазовой системы, например газ, необходимоопределить два параметра , обычно это давление и температура ( иногдаобъём), для того чтобы однозначно знать состояние системы.В двухфазной области изобары совпадают с изотермами, поэтому дляполного задания системы, необходимо знать пару p и x, либо пару p и v.Функция состояния – физическая величина, изменение которой связано свнешним воздействиями, действующими на систему. Функция состояния –энергетическая характеристика системы и выражается в единицах энергииили удельная энергии.U – внутренняя энергия, Джu – удельная внутренняя энергия, Дж/кгH – энтальпия, Дж (H = U + pV)h – удельная энтальпия, Дж/кг (h = u + pv)S – энтропия, Дж/Кs – удельная энтропия, Дж/(кг*К)Внутренняя энергия (U) используется как энергетическая характеристиказакрытой системы.Энтальпия (H) используется как энергетическая характеристика открытойсистемы.

Также достаточно широко используется: для описаниятермодинамических процессов низкотемпературных систем – свободнаяэнергия Гельмгольца и Гиббса. Физический смысл энтальпии можноопределить как сумма внутренней энергии системы и энергии, которая«хранится» в виде давления, производимого системой, и объёма, которыйона занимает («энергия» последнего слагаемого выделяется в виде работыпри изменении объёма системы)F = U – TS -изохорно-изотермический потенциал используется при анализетермодинамических процессов, ДжG = H – TS – изобарно – изотермический потенциал при изменениитемпературы и давления.Первое начало термодинамики является следствием всеобщегозакона сохранения энергии в нерелятивистских системах длярассмотрения термомеханических систем.Изменение энергии системы за некоторое время равноалгебраической сумме подведённых к системе теплоты и работы.1) Закрытая система∆ = + или ∆ = + 2) Открытая система∆ = + или ∆ℎ = + Правило знаков, используемое в низкотемпературной технике дляпервого начала термодинамики:Работа положительна, если совершается над системой, работаотрицательна если совершается системой.Теплота положительна, если она подводится к системе, теплотаотрицательна если она отводится от системы.2) Откачка паров кипящей жидкости, основные отношения испособы реализации.

Применение метода откачки, температрунаястратификация при откачке.Рисунок 110. Адиабатнаяоткачка паров.В результате работы ВН(вентиль) давление в ёмкостис жидкостью уменьшается, и температура жидкости становитсяравной температуре насыщения при данном давлении.С помощью откачки получают T вплоть до тройной точки.Откачка является основным процессом для получения =0,4 … 0,7К. Рабочее вещество – гелий.Для определения зависимости величины понижения температурыот массы испарившейся жидкости воспользуемся уравнениемсохранения энергии, принимая следующие допущения:1) процесс откачки является равновесным, т.е. T жидкости во всёмобъёме в данный момент времени одинакова2) в процессе откачки нет уноса капель жидкости вместе с откачкойпаров3) T жидкости в любой момент времени равна T откачиваемогопара4) температура внутренней стенки криостата, где находятсяжидкость, равна температуре жидкостиКоличество теплоты, необходимое для испарения части жидкости,затрачивается на охлаждение жидкости, внутренней стенки икомпенсацию теплопритока из окружающей среды.∆: = (н − 0,5∆) ∆ + ст ст + о.с.∆ – масса испарившейся жидкости; н – начальная масса жидкости; – теплота испарения жидкости; – теплоёмкость жидкости;ст –масса стенки; ст – теплоёмкость стенки ;о.с.

– теплоприток изокружающей средыВеличины , , ст берутся в интервале температур н … к ∶ к = н −∆, т.е. осредняются.Рисунок 111. Откачкапаров.∆ =∆ − о.с.(н − 0,5∆) + ст стПроцесс откачки часто применяется при транспортировке и хранениикриогенных жидкостей. После заполнения ёмкости криогеннойжидкостью, её откачивают до давления < атм . В процессе перевозкиза счёт теплопритоков происходит нагрев жидкости и кипение; идавление жидкости растёт. Основная проблема в процессе откачки –температурная стратификация.Рисунок 112. Стратификация.3) Особенности ожижения неона,водорода и гелия.Для ожижения гелия могут быть использованы разнообразные системы.Как и в случае ожижения неона и водорода, для ожижения гелия может бытьиспользована система Линде-Хэмпсона.система Линде-Хэмпсонас предварительным охлаждением жидким азотом и жидким водородом.Система Капицы в которой используется азотная ванна и гелевый поршневойдетандер, заменяющий водородную ванну.Система Симона Гелиевая система ожижения Коллинза (1947).

Этотожижитель является развитием системы Клода. В зависимости от входного давлениягелия может использоваться от двух до пяти детандеров. Время охлажденияожижителя Коллинза снижается от 4 до 2 часов при использованиипредварительного охлаждения жидким азотом, который к этом уже увеличиваетожижительную эффективность системы (выход жидкости можно увеличить почтивтрое).Для ожижения неона и водорода используются следующие системы спредварительным охлаждением.Система Линде – Хэмпсона с предварительным охлаждением жидкимазотом. В принципе по температурным характеристикам могут использованы:фтор, кислород, воздух, метан, аргон и азот.

Но первые четыре взрывоопасны,аргон дорог, намного дороже жидкого азота.Система Клода может быть использована, но для повышенияэффективности установки целесообразно включать предохлаждение жидкимазотом перед дополнительным криогенным модулем детандерного типа.В системе ожижения неона или водорода может быть использованавспомогательная система с гелиевым рефрижератором.Гелиевый рефрижератор представляет собой модернизированный циклКлода. В котором газ не ожижается, но имеет температуру ниже жидкоговодорода. Гелий сжимается, предварительно охлаждается в азотной ванне ирасширяется в детандере для получения низкой температуры.ВодородОбычный водород при нормальных условиях имеет двемодификации: ортоводород и параводород.