Bilety_krio_bez_5_bileta (1171274), страница 12
Текст из файла (страница 12)
= (0 − )(1 − 2 )~площадь 1к2341к = 0 (1 − 3 ) − (ℎ1 − ℎ3 )~площадь 12351 − ~площадь 1к1541к =0 ℎ1 − ℎ3 (0 − )(ℎ1 − ℎ3 ) = (ℎ1 − ℎ3 ) − (ℎ1 − ℎ3 )==0 − (ℎ1 − ℎ3 ) = ид = к = (4 − 3 )Определение s4 = 0 (4 − 3 ) − (ℎ1 − ℎ3 ) = 0 (4 − 6 − 3 + 6 ) − (ℎ1 − ℎ3 ) = 0 (4 − 6 ) + 0 (6 − 3 ) − (ℎ1 − ℎ3 )= 0 (1 − 1 ) + 0 (1 − 3 ) − (ℎ1 − ℎ3 ) = 0 (1 − 1 ) + = + ∆ = 0 (4 − 3 ) (для ид. газа) = 0 (1 − 2 ) − (ℎ1 − ℎ3 )∆ = − = 0 (4 − 3 ) − 0 (1 − 2 ) + (ℎ1 − ℎ3 ) = ℎ1 − ℎ3 = 0 (4 − 2 ) = + − 3) Ожижительный цикл дросселирования с предварительнымохлаждением. Схема, изображение на T-S диаграмме.Последовательность расчета.
Основные характеристикиВ 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 холодильныемашины.Вторым холодопроизводительным процессом может быть изотермическоесжатие в компрессоре ниже линии инверсии.Данный цикл может быть использован для трёх веществ - Ne, H2, He. Втом случае, если T уровень предварительного охлаждения нижетемпературы инверсии для давления сжатия рабочего тела. Обычно Tпредварительного охлаждения считается ниже верхней T инверсии длярабочего вещества в цикле.Ожижительный режим.Рисунок 137. Ожижительный режим.Коэффициент ожижения x определяем из уравнения теплового балансанижней части установки.н= ℎ∗ + (1 − )ℎ7ℎ3 + о.с.(ℎ7 − ℎ∗ ) = (ℎ7 − ℎ3 ) − о.с.н(ℎ7 − ℎ∗ ) = ∆ℎТ3 − �7 ∆нн + о.с.�н∆ℎТ3 − �о.с.+ 7 ∆нн � =ℎ7 − ℎ ∗Получилось выражение, аналогичное ожижительному режиму циклапростого дросселирования, но с тепловым эффектом дросселирования натемпературном уровне предварительного охлаждения, а в знаменателестоит теплота, необходимая для охлаждения газа с температуройпредварительного охлаждения до температуры конденсации и последующейконденсации.Рисунок 138.
Теплота охлаждения до ожижения.Теплоту предварительного охлаждения определим из уравнения тепловогобаланса верхней части установки:ℎ1 + о.с. + (1 − )ℎ7 = ℎ3 + п.о. + ℎ8 (1 − )п.о. = (ℎ7 − ℎ3 ) − (ℎ8 − ℎ1 ) + (ℎ8 − ℎ7 ) + о.с.ℎ7 − ℎ3 = ∆ℎТ3 − 7 ∆ннℎ8 − ℎ1 = ∆ℎТ1 − 8 ∆нввп.о. = (∆ℎТ3 − ∆ℎТ1 ) + �8 ∆нв − 7 ∆нн � + о.с.+ (ℎ8 − ℎ7 )БИЛЕТ 211) Зависимость ah от давления и температуры.Кℎ = ( )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.Уравнение дифференциального дроссель-эффекта. = − ℎ = + ℎ = + + ℎ = − + + = + =1ℎ − − полный дифференциалПо свойству полного дифференциала: 1( )ℎ =(− )ℎ −1 1 1 =−+������ � ���− 2 ℎ 2 ℎ ℎ �� = � � − � � ℎℎ ℎ �� = � � ( )ℎ ℎ�1� =ℎ ℎ = �� ; ℎℎ = �� ( ) − � � = � � ( � � − ) ℎℎ ℎ ( � � − ) ℎ =1 1� � = [ ] ℎ =( − 1)Поэтому линия инверсии описывается уравнением ℎ = 0( − 1)= 0 => − 1 = 0;Знак дифференциального дроссель-эффекта определяется преждевсего коэффициентом объёмного расширения Для большинства газов > 0 (для воды для температур, близким к +4градусов Цельсия коэффициент объёмного расширения отрицателен)Для идеального газа ℎ = 0 (всегда) = = =11 1 � � = � �= 1( − 1) ( − 1) (1 − 1)ℎ ====02) Анализ процесса выхлопа – свободного выпуска газа из баллонапостоянного объёма.
Уравнение процесса выхлопа. Изменениетемпературы и энтальпии в процессе выхлопа. Способыреализации этого процесса.Выхлоп – свободный выпуск сжатого газа из сосуда, являетсяадиабатным расширением с совершением внешней работы противокружающей среды в неравновесных условиях, в начале процессавыхлоп идёт близко к изоэнтропному расширению S=const.В областях умеренного холода 120 К -300 К используется редко.Вобластях низкого холода 0,7 К – 120 К используется достаточношироко.( )н – const – формула А.М.
Архарова; = � �Газ в процессе расширения совершаетвнешнюю работу против окружающейсреды, поэтому конечное давлениевыхлопа равно давлению окружающейсреды.Поскольку процесс адиабатный, тозаписываем первое началотермодинамики для закрытой системы.Получаем, что изменение внутренней энергии газа равносовершенной работе.к − н = −к (к − н ) (работа совершается) = ℎ − (ℎк − к к ) − (ℎк − н н ) = −к (к − н )(ℎк − ℎн ) = к к − ? н − к к + к нℎк − ℎн = к н − н н (к − н ) = н (к − н )к = н −к = н −н( − к ) нкн н�1 − �нИспользование выхлопа в качестве основного холодопроизводящегопроцесса реализовано в машине Мак-Магона – Гиффорда.Рисунок 101. Машина Гиффорда-Макмагона.−газ изотермически сжимается в компрессоре−поступает в ресивер−через открытый клапан охлаждается в регенераторе−расширяется путём выхлопа в расширительной части сподводом полезной тепловой нагрузки−под действием циклического движения поршня расширившийсягаз после подвода проходит через регенератор, охлаждая его ипроходя через открытый второй клапан при закрытом первом,поступает во второй ресивер и из него на всасывание в компрессор3) Рефрижераторный цикл дросселирования с предварительнымохлаждением.
Схема, изображение на TS диаграмме.Последовательность расчёта. Основные характеристики.Рефрижераторный режим.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.Рисунок 133.Рефрижератор.нвно.с.и о.с.(о.с.Условно разделяемнизкотемпературнуючасть установки на двечасти – верхнюю инижнюю. В каждой частиесть свой теплопритокв< о.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.н+ = ℎ7ℎ3 + о.с.н = (ℎ7 − ℎ3 ) − о.с.н = ∆ℎТ3 − �7 ∆нн − о.с.�ℎ7 − ℎ3 = (ℎ3′ − ℎ3 )− (ℎ3′ − ℎ7 )= ∆ℎТ3− 7 ∆нн(1) (полезная холодопроизводительность)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.Ступеньпредварительногоохлаждения.ℎ1 + ℎ7 + о.с.
= ℎ3 +ℎ8 + п.о. (п.о. –предварительноеохлаждение)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:4) увеличение теплового эффекта дросселирования с температурного уровняизотермического сжатия в компрессоре до температурного уровняпредварительного охлаждения;5) частичную компенсацию потерь вследствие недорекуперации температурыобратного потока на тёплом конце теплообменника;6) компенсацию теплопритока из окружающей среды к верхней части установки;Затрачиваемая работа в цикле состоит из 2-ух частей:3) работа сжатия компрессора;4) 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 −5Последовательность: после холодроизводительности считаем, работуизотермического сжатия из = ∆ − ∆ , затем работу сжатия сж =изиз, после холодильный коэф (эпсилон), затем холод.коэф. цикла Карно(эпсилон к), после степень термодинамического совершенства (этта T).БИЛЕТ 221) Полная и полезная холодопроизводительность.
Виды потерь внизкотемпературных установках и их определениеВеличина разности энтальпий в начале и конце сжатия называется тепловымэффектом дросселирования.В холодильной технике эта величина называетсяхолодопроизводительностью компрессора.В цикле есть холодопроизводящие процессы, в результате которых энтальпиярабочих веществ уменьшается на величину ∆h . Теоретической (полезной)холодопроизводительностью 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 1потерьjОсновные виды потерь в низкотемпературных установках.1) Теплопритоки из окружающей среды.2) потери вследствие недорекуперации из–за несовершенства теплообмена.ℎ1′ − ℎ5 = 5 ∆н – потери вследствие недорекуперации обратного потока натёплом конце теплообменника3) Потери при смешении потоков, имеющих разные температуры.4) Гидравлические или дроссельные потери из-за движения потока по каналутеплообменника.5) Внутренние перетечки жидкого или газообразного криоагента.6) Внешние перетечки хладагента и воздуха окружающей среды.(можно написать про произвоство энтропии билет 11, вопрос1)2) Специфика организации низкотемпературных циклов ствердофазными рабочими телами1) Термоэлектрический эффект Пельтье.При подведении постоянногоэлектрического тока кпроводнику, состоящему из двухразных материалов, на одномспае происходит понижениетемпературы, на другомповышение.Тг2 мат.1 мат.Т х < Т о.
с.Т г > Т о. с.Тх2) Магнитокалорическое охлаждение.Ряд материалов, обладающих парамагнитными свойствами, вблизитемпературы точки Кюри обладают следующими свойствами – приналожении внешнего магнитного поля их температура повышается. Приснятии магнитного поля температура понижается. Подавляющеебольшинство таких веществ – соединения гадолиния.∆Т , К2QтПерепадтемператур приразмагничиваниинаходится винтервале от 0.3 до40К.В=3 ТлB=0 ТлТн3Тх14QхSРисунок 120.
Магнитокалорическое охлаждение.Т,КЦикл КарноВ>0Рабочий диапазонтемператур от 1 до 300К.Тг32B=0 ТлТхРисунок 121. Цикл Карно.Используется как для получениясверхтекучего гелия, так и науровне температур бытовогохолодильника.Различают двух типов действия:динамического и статического.Динамического действия –рабочий элемент передвигается изобласти низкого магнитного поля ввысокое и наоборот.41SQтB>0B-0QхQгТгTK гРТМагнит смагнитпеременнымс переменнымполемполемTK хТхТепловой насос(проводит теплотутолько в одномнапрвлении)Статического – нетподвижных частей, амагнитное полепеременное.ТК материалы – резкоменяющиетеплопроводность приизменении температуры.ТК – термосифоны(тепловые трубы)..Qх3) Ожижительный цикл простого дросселирования. Схема,изображение на Т-S диаграмме. Последовательность расчета.Основные характеристики.Цикл простого дросселирования.
Ожижательный режим.Данный 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.Рисунок 129. Криогенный ожижительный цикл.После дросселирования (3) парожидкостная смесь попадает в сепараторжидкости и газа. Пар идёт в теплообменник, а жидкость в относительномколичестве �кг жидк.кг ож.газа� подаётся потребителю.Характеристиками цикла являются:7) ;8) ° �кДжкг жидк.� – работа, затрачиваемая на получение кг жидкости;9) степень термодинамического совершенстваГ = °Запишем уравнение энергетического баланса для жидкотемпературнойчасти.ℎ1 + о.с. = ℎ∗ + (1 − )ℎ5(ℎ5 − ℎ∗ ) = (ℎ5 − ℎ1 ) − о.с.ℎ5 − ℎ1 = ∆ℎ 1 − 5 ∆н(ℎ5 − ℎ∗ ) = ∆ℎ 1 − 5 ∆н − о.с.∆ℎ 1 − �о.с. + 5 ∆н � =ℎ 5 − ℎ∗В числителе величина, равная полезной холодопроизводительностианалогичного рефрижераторного цикла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
