Bilety_krio_bez_5_bileta (1171274), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Интегральный эффект выхлопа.∆Tвых = Tн − Tк вых =pкk−1Tн �1 − �kp?∆TS = Tн − TкSpк= Tн − � �pнk−1k2) Основные холодопроизводящие процессы. Определение полезной иполной холодопроизводительности циклаХолодопроизводящие процессы.Процесс в низкотемпературном цикле, при котором понижается энтальпиярабочего вещества в результате теплового или энергетического воздействия свнешними источниками теплоты или энергии называетсяхолодопроизводящим процессом.Дроссельные циклы.Основным холодопроизводящим процессом в дроссельных циклах являетсяизотермическое сжатие в компрессоре ниже линии инверсии.Поскольку вбольшинстве случаев изотермическое сжатие происходит при температуреокружающей среды, то в дроссельных циклах в качестве рабочих веществ неиспользуют Ne, H 2 , и He .1) Простой дроссельный циклРефрижераторный режим = ∆ℎ 1 − �5 ∆н + о.с.
� – полная холодопроизводительность∆ℎ 1 – теоретическая холодопроизводительность�5 ∆н + о.с. � – потериХолодопроизводящий процесс – изотермическое сжатие в компрессоре, еслионо происходит ниже линии инверсии.Поскольку изотермическое сжатие обычно происходит при о.с. , то циклпростого дросселирования не пригоден для трёх рабочих веществ: Ne, H2, He.Ожижительный режимДанный цикл предназначен для ожижения криогенных газов, кроме Ne, H2,He. Обычно используется для установок малой производительностипоскольку наименее эффективен по сравнению с другими циклами.Аналогичные рассуждения и для рефрижераторного режима.Характеристиками цикла являются:4) ; =∆ℎ 1 − �о.с.
+ 5 ∆н �ℎ 5 − ℎ∗5) ° �кДж� – работа, затрачиваемая на получение кг жидкости;кг жидк.6) степень термодинамического совершенстваГ =°3) Дроссельный цикл с предварительным охлаждениемВ 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.Парокомпрессионный цикл.Рисунок 122. Парокомпрессионный цикл.Цикл называется парокомпрессионным, так как на всасывание компрессоруподаётся пар рабочего вещества.Основными характеристиками данного цикла являются:4. Полезная холодопроизводительность х = ℎ4 − ℎ3 = ℎ4 − ℎ2 равнаятеплоте, подводимой к испарителю машины.5.
сж – работа сжатия в компрессоресж = = ℎ1 − ℎ4 =хсж– холодильный коэффициентТеорема 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.Q х .=теор .n∑ G ∆hi =1ii[кВт], где Gi – массовый расход криоагентаПолной холодопроизводительностью цикла называется разность междутеоретической холодопроизводительностью и потерями.Q=Qх .теор.
− ∑ Qпотерь=хnm∑ G ∆h − ∑ Qii=i 1 =j 1потерьj3) Термоэлектрические процессыТермоэлектрический эффект Пельтье.При подведении постоянного электрического тока к проводнику,состоящему из двух разных материалов, на одном спае происходитпонижение температуры, на другом повышение.Тг2 мат.1 мат.Т х < Т о. с.ТхТ г > Т о. с.Рисунок 118. Эффект Пельтье.Теплота, которая может быть подведена к холодному концу спаяопределяется по следующей формеQх=(α1 − α 2 ) ITх , где α1 , α 2 – величины термоэдс на теплом конце и холодных.о .спаяхДанная величина Qх.о. является теоретической.
Реальнаяхолодопроизводительность меньше на величину потерь,гдеQ ДжQ Дж =Qх =Qх .о. − (Q Дж − Qλ )– Джоулева теплота, Qλ – теплопритоки от теплопроводности.1 2I R2;Qλ =k (Т г − Т к ), k =λ⇒ Qх = (α1 − α 2 ) IТ х −Sl1 2I R − k (Tг − Т х )2∆Т , К∆Т= Т о.с. − Т х60Qх = 0Qх = 1Вт40Qх = 2 Вт20Qх = 3Вт4080I, АРисунок 119. Зависимость перепада температур от тока.1) С падением полезной холодопроизводительности увеличиваетсятемпературный перепад.2) Величина силы тока имеет оптимальное значение, при которомдостигается максимум перепада температур.3) Величина силы тока для термоэлектрического элемента имеетдостаточно большие значения, т.е. для работы термоэлектрическогоэлемента требуется специальный источник постоянного тока.Материалы – полупроводники: Bi(Висмут),Te(Теллур),Sb(Сурьма).Основной недостаток – постоянный перепад температур между горячим ихолодным спаем.Для уменьшения тока и увеличения перепада температур используютсямногоступенчатые батареи термоэлемента. С помощью такого способаможно получить температуру порядка 180К.
Холодильный коэффициенттермоэлектрических холодильников крайне невелик – не более 15% дляодноступенчатого холодильника.БИЛЕТ 201) Характеристики процессов дросселирования для чистых веществ исмесейОсобенности для смесей и чистых в-вПри давлениях ниже критического изобары в двухфазной области (пар –жидкость) претерпевают излом и для чистых веществ в этой области изобарысовпадают с изотермами, а для большинства смесей температура кипения несовпадает с температурой конденсации и изобара не совпадает с изотермой.Рисунок 29.
T-S диаграмма смеси.Изохоры в T-S координатах не претерпевают излома в двуфазной области.Рисунок 30. Изохоры в T-S диаграмме.Понижение температуры при падении давления в процессе дросселированияявляется основной характеристикой дросселирования и называется дроссельэффектом.Три типа дроссель эффекта:1) Дифференциальный2) Интегральный3) ТепловойДифференциальный дроссель-эффектℎ = (К)ℎ [ ]ПаЗнак дроссель-эффекта определяется углом наклона изоэнтальпы сгоризонтальной осью в T-S координатах.При отрицательном угле наклона изоэнтальпы дроссель эффектположителен.Рисунок 75. Кривая инверсии.Нижняя температура и давление инверсии определяют точкупересечения линии инверсии и пограничной кривой.Верхняя температура инверсии определяет предел, выше которогодроссель-эффект не может быть положительным.
Аналогичныеразмышления относительно верхнего давления инверсии.Верхнее давление инверсии в TS координатах, определяет изобару,имеющую одну точку касания с линией инверсии.Значение верхней температуры инверсии для газовиспользуемых в криогенной технике.1) газвинв, Кислород Аргон Воздух Азот Водород Гелий- Гелий437717656506092044639Для всех криогенных газов за исключением неона, водорода и гелияверхняя температура инверсии выше температуры окружающейсреды, т.е.
при изотермическом сжатии до давления меньшеверхнего давления инверсии энтальпия сжатого газа будетуменьшаться, а для неона, водорода и гелия будет увеличиваться.Поэтому реализация простейшего дроссельного цикла, состоящегоиз изотермического сжатия в компрессоре и подвода полезнойнагрузки можно осуществить для всех газов, кроме неона, водородаи гелия.Рисунок 76. Простой дроссельный цикл.Рисунок 77. Простой дроссельный цикл для неона, водорода,гелия.Для водорода, неона, гелия происходит повышение температуры впроцессе дросселирование, если изотермическое сжатие вкомпрессоре осуществляется при температуре окружающей среды.Для того, чтобы понизить температуру в процессе дросселированиянеобходимо осуществлять изотермическое сжатие ниже верхнейтемпературы инверсии.Для практических целей используется интегральный дроссельэффект, показывающий изменение температуры при уменьшениидавления от начального до конечного:к∆ℎ = � ℎ н[К]Рисунок 78.
Интегральный дроссель-эффектПри одинаковых начальных и конечных давлениях и температуреразные вещества имеют различный интегральный дроссель-эффект.Например, при температуре 300 К при дросселировании воздуха и егокомонентов понижение температуры составляет несколько градусов.При дросселировании метана более 10 градусов, фреоно – больше 20градусов; поэтому при выборе вещества используемого в процесседросселирования для понижения температуры необходимо выбиратьнаилучший исходя из начальных условий и конечного давления.Необходимо учитывать состояние, при котором находитсядросселированное вещество в конце процесса.Область дросселирования вещества ограничивается снизу тройнойточеой, т.е.
в конце процесса дросселирования не должна появлятьсятвёрдая фаза.Рисунок 82. Зависимость интегрального дроссель-эффекта отрабочего вещества.Тепловой эффект дросселирования.Рисунок 84 Цикл простого дросселирования.Рассмотрим процесс T=const сжатия в компрессоре 1-2, последующимдросселированием 2-1’, сопровождающимся понижениемтемпературы, и последующим подводом внешней теплоты qx.1’-1. Для того, чтобы T понизилась, необходимо, чтобы энтальпия газав конце процесса T=const сжатия была меньше чем вначале сжатия.Величина разности энтальпий в начале и конце сжатия называетсятепловым эффектом дросселирования.В холодильной технике эта величина называетсяхолодопроизводительностью компрессора.Зависимость теплового эффекта дросселирования от p и T полностьютождественно зависимости интегрального эффекта дросселированиядля тех же величин.Поэтому максимальное давление изотермического сжатия вкомпрессоре ограничено давлением инверсии при температуреизотермического сжатия.Для воздуха и его компонента при изотермическом сжатии при T=300К давление инверсии составляет примерно 400 атм, поэтому сжатие вкомпрессоре до больших давлений совместно в цикле сдросселированием нецелесообразно.2) Понятие теоретического цикла и его сравнение с идеальным.Критерии оптимальности при термодинамическом анализециклов.Теоретический цикл представляет собой замкнутый цикл, осуществляемыйв воображаемой тепловой машине постоянной несменяемой порциейрабочего тела.
Вследствие замкнутости теоретического цикла процессысгорания и выпуска рабочего тела в действительном цикле заменяютподводом и отводом тепла. Процессы сжатия и расширения предполагаютсяадиабатическими, так как это обеспечивает максимальноетеплоиспользование.Сравнение идеального цикла ожижения и эквивалентного емуцикла Карно.Циклы являются эквивалентными, если имеют одинаковое количествоотводимой теплоты.Рисунок 56.
Сравнение цикла Карно и изобарического ожижения.В цикле Карно теплота отводится на самом нижнем температурномуровне.В идеальном цикле ожижения – в интервале температур оттемпературы окружающей среды до температуры жидкости, поэтомудля сравнения этих циклов необходимо, чтобы = (1 − 2 ) = ℎ1 − ℎ3Построим цикл Карно с тем же количество отводимой теплоты, что и видеальном цикле ожижения.Рисунок 57. Наложение цикла Карно на идеальный ожижительныйцикл.ид = ℎ1 − ℎ3 ~площадь 153ав1к = (1 − 2 )~площадь 43а24Найдём работу цикла Карно и сравним ей величину с работой видеальном цикле ожижения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
