krio_bilety_poryadok (Файлы к экзамену), страница 9

Обычнодроссельные циклы используются для криогенных установокмалой производительности и для большинства холодильныхустановок любой производительности.2) Детандерные циклы – используются в криогенных установкахкрупной и средней производительности, а также втурбохолодильниках, работающих на воздухе.3) Циклы с внешним (промежуточным) охлажденим.

В нихдополнительная теплота отводится из цикла при температурениже температуры окружающей среды внешним источником«холода» (холодильные машины или ввод внешнейкриогенной испаряющейся жидкости) Обычно используютсядля криогенных установок крупной и среднейпроизводительности.4) Комбинированные циклы.Исторически циклы классифицируются по виду криоагента,используемого в циклахфреоновыйаммиачныйвоздушныйкислородныйнеоновыйводородныйгелиевыйТакже циклы можно характеризовать по состоянию рабочихвеществ, используемых в низкотемпературных циклах газовые жидкостные твёрдотельные3) Цикл парокомпрессионной холодильной машины и сравнение его своздушным циклом простого дросселирования. Основныехарактеристики.БИЛЕТ 181) Процессы размагничивания парамагнетиковАдиабатное размагничивание парамагнитных материалов, теплоёмкостькоторых зависит от величины внешнего магнитного поля.

Используют солиили чистые кристаллы редкоземельных металлов(например гадолиния)Используется во всем диапазоне температур но только для отдельныхустановок. Нет широкого примененияАдиабатное размагничивание ядер. Используется для получениясверхнизких температур порядка 10^-8 KМагнитокалорическое охлаждение.Ряд материалов, обладающих парамагнитными свойствами, вблизитемпературы точки Кюри обладают следующими свойствами – приналожении внешнего магнитного поля их температура повышается.При снятии магнитного поля температура понижается.

Подавляющеебольшинство таких веществ – соединения гадолиния.Т , К2QтПерепадтемператур приразмагничиваниинаходится винтервале от 0.3 до40К.В=3 ТлB=0 Тл3Тн1Qх4ТхSРисунок 120. Магнитокалорическое охлаждение.Цикл КарноТ, КТгВ>03Рабочийдиапазонтемпературот 1 до300К.2B=0 ТлТх41SРисунок 121. Цикл Карно.Используется как для получения сверхтекучего гелия, так и на уровнетемператур бытового холодильника.Различают двух типов действия: динамического и статического.Динамического действия – рабочий элемент передвигается из областинизкого магнитного поля в высокое и наоборот.QтB>0B-0QхСтатического – нет подвижных частей, а магнитное поле переменное.ТК материала – резко меняющиетеплопроводность при изменениитемпературы. ТК – термосифоны.2) Понятие холодопроизводящего процесса в низкотемпературномцикле. Теорема о полной холодопроизводительности цикла.Процесс в низкотемпературном цикле, при котором понижаетсяэнтальпия рабочего вещества в результате теплового илиэнергетического воздействия с внешними источниками теплотыили энергии называется холодопроизводящим процессом.В циклах, где используется дросселирование в качествеединственного процесса расширения, холодопроизводящимпроцессом является процесс изотермического сжатия вкомпрессоре ниже линии инверсии для данного рабочеговещества.Теорема о полной холодопроизводительности цикла.В цикле есть холодопроизводящие процессы, в результате которых энтальпиярабочих веществ уменьшается на величину h .

Теоретическойхолодопроизводительностью цикла называется арифметическая суммахолодопроизводительностей всех холодопроизводящих процессов.nQх.теор.   Gi hi [кВт], где Gi – массовый расход криоагентаi 1Полной холодопроизводительностью цикла называется разность междутеоретической холодопроизводительностью и потерями.nmi 1j 1Qх  Qх.теор.  Qпотерь   Gi hi  Q потерьj3) Рефрижераторный цикл простого дросселирования спредварительным охлаждением.

Схема, изображение на TSдиаграмме. Последовательность расчета. Основныехарактеристики.Дроссельный цикл с предварительным охлаждением.В данном цикле первым основным холодопроизводительным процессомявляется охлаждение сжатого газа в ванне с кипящей внешне криогеннойжидкостью, либо отвод теплоты при < о.с.

внешним источником "холода"– парокомпрессионные машины, либо газовые холодильные машины.Вторым холодопроизводительным процессом может быть изотермическоесжатие в компрессоре ниже линии инверсии.Данный цикл может быть использован для трёх веществ - Ne, H2, He. В томслучае, если T уровень предварительного охлаждения ниже температурыинверсии для давления сжатия рабочего тела.

Обычно T предварительногоохлаждения считается ниже верхней T инверсии для рабочего вещества вцикле.Рефрижераторный режим.Рисунок 133. Рефрижератор.Условно разделяем низкотемпературную часть установки на две части –нвнверхнюю и нижнюю. В каждой части есть свой теплоприток о.с.и о.с.(о.с.<во.с. обычно, вследствие более хорошей теплоизоляции).Задаёмся разной недорекуперацией ∆нн и ∆нв (∆нв > ∆нн обычно).Для определения полезной холодопроизводительности записываемуравнение теплового баланса нижней части установки.Рисунок 134.нℎ3 + о.с.+ = ℎ7н = (ℎ7 − ℎ3 ) − о.с.ℎ7 − ℎ3 = (ℎ3′ − ℎ3 ) − (ℎ3′ − ℎ7 ) = ∆ℎТ3 − 7∆ннн = ∆ℎТ3 − (7 ∆нн − о.с.)(1)↗Получилось выражение, аналогичное полезной холодопроизводительностицикла простого дросселирования, но не на температурном уровнеизотермического сжатия в компрессоре, а на температурном уровнепредварительного охлаждения.Поскольку с понижением температуры тепловой эффект дросселированияувеличивается, его полезная холодопроизводительность в цикле спредварительным охлаждением будет больше, чем в цикле простогодросселирования.Определим величину теплоты предварительного охлаждения из уравнениятеплового баланса верхней части установки.Рисунок 135.

Ступень предварительного охлаждения.ℎ1 + ℎ7 + о.с. = ℎ3 + ℎ8 + п.о. (по – предварительное охлаждение)п.о. = (ℎ7 − ℎ3 ) − (ℎ8 − ℎ1 ) + о.с. ⇒⇒ ℎ8 − ℎ1 = ∆ℎТ1 − 8 ∆н6(2)Из (1) в (2):в⇒ п.о. = (∆ℎТ3 − ∆ℎТ1 ) + (8∆нв − 7∆нн ) + о.с.Теплота предварительного охлаждения затрачивается на:1) увеличение теплового эффекта дросселирования с температурногоуровня изотермического сжатия в компрессоре до температурногоуровня предварительного охлаждения;2) частичную компенсацию потерь вследствие недорекуперациитемпературы обратного потока на тёплом конце теплообменника;3) компенсацию теплопритока из окружающей среды к верхней частиустановки;Затрачиваемая работа в цикле состоит из 2-ух частей:1) работа сжатия компрессора;2) работа, необходимая для получения п.о.п.о. =1п.о.;п.о.

= п.о. ∙ п.о.Поскольку холодильный коэффициент п.о. достаточно высок, то работа,затрачиваемая на получение "холода" предварительного охлаждения, будетневелика по сравнению с работой сжатия в компрессоре.Т =к=к =51 − 5БИЛЕТ 191) Термодинамический анализ наиболее распространенных рабочихпроцессов, сопровождающихся понижением температурыОсновные процессы, сопровождающиеся понижением температуры(наиболее распространенные).1) Использование естественного холода (240 К – 300 К) – холода толщипочвы, холодной воды, льда, запасённого зимой или перевезённого с горныхместностей;2) Дросселирование (0,7 К – 300 К) – адиабатное расширение газов, паров ижидкостей, проходящих через гидравлическое сопротивление.Осуществляется в открытой системе и является неравновесным (необратимым) процессом.

Дросселирование описывается уравнениемh=const;В процессе дросселирования температура может как понижаться, так иповышаться. Это зависит от начального и конечного давления, начальнойтемпературы и рода газа.Используется в парокомпрессионных холодильных установках ( холодильникбытовой) и ожижителях.Работа при дросселировании не совершается.3) Детандирование – адиабатное расширение газа или пара с совершениемвнешней работы. В идеальном случае процесс квазиравновесен иописывается условием S=constВ области умеренного холода используется в воздушных турбохолодильныхустановках.

В области низких температур – ожижение низкотемпературныхгазов, низкотемпературное разделение газовой смеси, и также врефрижераторных установках, предназначенных для отвода теплоты изнизкотемпературных камер.Процесс детандеров реализуется с использованием объёмных итурбодетандеров.4) Выхлоп – свободный выпуск сжатого газа из сосуда, является адиабатнымрасширением с совершением внешней работы против окружающей среды внеравновесных условиях, в начале процесса выхлоп идёт близко кизоэнтропному расширению S=const.В областях умеренного холода 120 К -300 К используется редко.В областях низкого холода 0,7 К – 120 К используется достаточно широко.Пример: машина Гиффорда – Макмагона и ожижитель Симона дляполучения жидкого гелия.ДросселированиеТепловой эффект дросселирования равен количеству теплоты, котороеможно подвести к расширившемуся газу, чтобы привести его впервоначальное состояние перед сжатием в компрессоре.Дифференциальный эффект = − ℎ = + ℎ = + + ℎ = − + + = + =1ℎ − − полный дифференциалПо свойству полного дифференциала: 1( )ℎ =(− ) ℎ−(1 1 1 ()=−[()+(−)( ) ] 2 ℎ ℎ 2 ℎ ) = ( ) − ( ) ℎℎ ℎ ℎ = (() ; ℎ) = ( ) ( )ℎ ℎℎ = (() ( ) − ( ) = ( ) ( ( ) − ) ℎℎ ℎ 1) =ℎ ( (ℎ =) − ) 1 1( ) = [ ] ℎ =( − 1)ДетандированиеРисунок 88.

Изоэнтропное расширение. = ℎ1 − ℎ2 ∼ пл. "1′2аб12′" ∼ пл. "12′ва1"Является обратимым процессом, в отличии от дросселирования, так как вначале и в конце процесса энтропия не меняется.Также, как и дросселирование, изоэнтропическое расширениехарактеризуется дифференциальным эффектом понижения температуры, = () интегральным эффектомкк∆ = ∫ = ∫ (нн) Рисунок 89. Интегральный эффект детандирования.В качестве теплового эффекта изоэнтропного расширения используетсяидеальная работа детандирования .ВыхлопРисунок 98.