Bilety_krio_bez_5_bileta (1171274), страница 13
Текст из файла (страница 13)
В знаменателе стоит теплота,необходимая для охлаждения и последующей конденсации рабочеговещества в цикле.Рисунок 130. Работа ожижения.Затрачиваемая работа цикла равно работе сжатия в компрессоре.1 ln � н �вс = сж =изкДж° = ��; кг жидк.Т = ° – минимальная работа ожижения газаРисунок 131.
Минимальнаяработа ожижения. = 1 (1 − ∗ ) − (ℎ1′ − ℎ∗ )Цикл идеальный, на практикеприменить нельзя.Зависимость характеристик циклаот давления сжатия.Рисунок 132. Оптимальное давление ожижения.Оптимальное давление будет равно давлению инверсии при температуреизотермического сжатия.БИЛЕТ 231) Инверсия дроссель-эффекта. Кривые инверсии.Понижение температуры при падении давления в процесседросселирования является основной характеристикойдросселирования и называется дроссель-эффектом.ℎ = (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.2) Оценка степени термодинамического совершенства. Путиповышения эффективности низкотемпературных установок. =кили Г =°к – определяется Tконденсации и T испаренияк = =хн= − х к − нхсж° �– холодильный коэффициенткДж� – работа, затрачиваемая на получение кг жидкостикг жидк.
− минимальная работа ожижения газаПовышение эффективности.Следует уменьшать следующие потери:6) Неидеальность теплообмена (недорекуперация на концахтеплообменника)7) Гидравлические потери из-за движения потока по каналутеплообменника8) Теплоприток из окружающей среды9) Тепловые потери из-за переноса теплоты с тёплого концатеплообменника к холодному за счёт теплопроводноститеплопередающей стенки10)Неравновесность из-за утечек, перетечек потоков междусобой (извне и внутри теплообменника за счёт неплотностей)3) Рефрижераторный цикл простого дросселирования. Схема,изображение на TS диаграмме.
Последовательность расчёт.Основные характеристики.Криогенный цикл простого дросселирования.Рефрижераторный режим.Рисунок 125. Криогенный дроссельный цикл.Уравнение теплового баланса низкотемпературной части установки.ℎ1 − о.с. + х = ℎ5 ⇒ х = (ℎ5 − ℎ1 ) − о.с. = ℎ5 − ℎ1′ + ℎ1′ − ℎ1= (ℎ1′ − ℎ1 ) − (ℎ1′ − ℎ5 )Рисунок 126. Недорекуперация.ℎ1′ − ℎ1 = ∆ℎ 1 – тепловой эффектдросселирования (теоретическаяхолодопроизводительностькомпрессора)ℎ1′ − ℎ5 = 5 ∆н – потери вследствиенедорекуперации обратного потока натёплом конце теплообменника2) = ∆ℎ 1 − �5 ∆н + о.с. � – полная холодопроизводительность∆ℎ 1 – теоретическая холодопроизводительность�5 ∆н + о.с.
� – потериХолодопроизводящий процесс – изотермическое сжатие вкомпрессоре, если оно происходит ниже линии инверсии.Посколькуизотермическое сжатие обычно происходит при о.с. , то цикл простогодросселирования не пригоден для трёх рабочих веществ: Ne, H2, He.Если х < 0 это значит, что величина потерь превышает величину∆ℎ 1 ⇒3) потери слишком велики;4) ∆ℎ 1 – слишком мала; вследствие неправильного выборапараметров цикла; либо рабочего вещества;Затрачиваемая работа: в данном случае это работа сжатия вкомпрессоре.4)5) = сж = =к ln� н �всизх– степень термодинамическогосовершенствак = =3= − 1 − 3<----- Зависимость параметров цикла отдавления нагнетания.БИЛЕТ 241) Процесс Дросселирования. Способы реализации дросселирования.Дросселирование.Данный процесс был исследован Джоулем и Томпсоном.Дросселированием называется изоэнтальпный процесс расширения газа вадиабатных условиях, при его движении через гидравлическое сопротивление.При этом не совершается и не выделяется никакая внешняя работа, искоростной напор на входе и выходе из расширительного устройства остаётсянеизменным.(последнее справедливо на некотором удалении от места расширения)Дросселирование – необратимый процесс, характеризующийся потерями,которые можно вычислить через величину производства энтропии.Рисунок 71.
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, в которойпроисходит процесс распределённого дросселирования.Рисунок 73. Капиллярная трубка.Для крупных и среднихнизкотемпературных установокиспользуются регулируемыедроссельные вентили.Рисунок 74. Регулируемыйвентиль.Криогенные дроссельные вентилинужно тщательно изолировать,чтобы гарантировать адиабатностьпроцесса.
Редко изолируют вбытовых холодильниках.Поскольку процесс адиабатный без подвода и отвода работы, то энтальпиягаза постоянна. Основное назначение процесса дросселирования – понизитьтемпературу газа или жидкости.Понижение температуры при падении давления в процессе дросселированияявляется основной характеристикой дросселирования и называется дроссельэффектом.Три типа дроссель эффекта:1) Дифференциальный2) Интегральный3) Тепловой2) Безмашинные способы понижения температуры.1) Использование естественного холода (240 К – 300 К) –холода толщи почвы, холодной воды, льда, запасённого зимойили перевезённого с горных местностей;2) Дросселирование (0,7 К – 300 К) – адиабатное расширениегазов, паров и жидкостей, проходящих через гидравлическоесопротивление. Осуществляется в открытой системе иявляется неравновесным ( необратимым) процессом.Дросселирование описывается уравнением h=const;В процессе дросселирования температура может какпонижаться, так и повышаться.
Это зависит от начального иконечного давления, начальной температуры и рода газа.Используется в парокомпрессионных холодильных установках (холодильник бытовой) и ожижителях.Работа при дросселировании не совершается.3) Адиабатное расширение газа при его перетекании из одногообъёма в другой, т.е. процесс расширения при которомвнутренняя энергия остаётся постоянной.Не смотря на обязательное понижение температуры, процесструднореализуем и не используется на практике.4) Выхлоп – свободный выпуск сжатого газа из сосуда, являетсяадиабатным расширением с совершением внешней работыпротив окружающей среды в неравновесных условиях, вначале процесса выхлоп идёт близко к изоэнтропномурасширению S=const.В областях умеренного холода 120 К -300 К используетсяредко.В областях низкого холода 0,7 К – 120 К используетсядостаточно широко.
Пример: машина Гиффорда – Макмагона иожижитель Симона для получения жидкого гелия.5) Вихревое адиабатное расширение газа в специальныхвихревых трубах (Ранка-Хилша), где происходит разделениерасширенного газа на два потока, имеющие разныетемпературы. Горячий поток выходит с периферии трубы, ахолодный из центра. Широко используется в областиумеренного холода и в отдельных установках в области низкогохолода.6) Барботаж – прохождение газовых пузырей через слойжидкости.
В результате происходит испарение паров жидкостив газовые пузыри, температура жидкости и газа уменьшаются.Используется для охлаждения газов и жидкости в областиумеренного холода, и достаточно хорошо используется дляполучения пониженных температур жидкости в областиглубокого холода.7) Смешение или растворение веществ в жидком, твёрдом илигазообразном состояниях, сопровождающееся понижениемтемпературы, что является следствием того, что теплоёмкостьсмеси больше суммы парциальных теплоёмкостей компонентовэтой смеси.
Используется в установках умеренного холода(водо-аммиачные и бромисто-литиевые холодильные машины.В области сверхнизких температур при растворении жидкогогелия-3 в сверхтекучем гелии-4, что позволяет достигнутьтемператур порядка 0,001 К.8) Термоэлектрический эффект (возникновение разноститемператур при прохождении электрического тока на спаяхразнородных проводящих материалов (обычнополупроводников). Используется в установках умеренногохолода.9) Возникновение разности температур в проводнике припрохождении через него электрического тока в магнитномполе.Редко используется в установках умеренного и глубокого холода ипочти не используется в области сверхнизкого холода.3)Использование процесса выхлопа в криогенных установках.Машина Мак-Магона-ГиффордаВыхлоп – 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.Свободный выход газа из замкнутой емкости с совершением работы противокружающей среды.Рисунок 98.
Процесс выхлопа.изоэнтропный, а затем отклоняетсяот изоэнтропы( )н – const – формула А.М.Архарова = � � Рассмотрим термодинамическое описание процесса выхлопа.Рисунок 99. Схема выхлопа.Газ в процессе расширениясовершает внешнюю работу противокружающей среды, поэтомуконечное давление выхлопа равнодавлению окружающей среды.Использование выхлопа в качестве основного холодопроизводящегопроцесса реализовано в машине Мак-Магона – Гиффорда.Рисунок 101.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
