Bilety_krio_bez_5_bileta (1171274), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Машина Гиффорда-Макмагона.−газ изотермически сжимается в компрессоре−поступает в ресивер−через открытый клапан охлаждается в регенераторе−расширяется путём выхлопа в расширительной части с подводомполезной тепловой нагрузки−под действием циклического движения поршня расширившийся газпосле подвода проходит через регенератор, охлаждая его и проходя черезоткрытый второй клапан при закрытом первом, поступает во второй ресивери из него на всасывание в компрессорДостоинства:− низкое давление газа (10 – 20 атм.)− простота конструкцииНедостатки:− большие размеры машины− наличие системы переключающихся клапановБИЛЕТ 251) Равновесное адиабатное расширение газа (s-const).
Зависимость αsот давления и температуры.Процесс расширения газа в адиабатных условиях, т. е. при отсутствиивнешнего теплообмена, может протекать без изменения энтропии только приотсутствии, каких бы то ни было внутренних процессов трения. В связи сэтим для удовлетворения условия s = const необходимо всю энергию сжатогогаза преобразовать во внешнюю работу без потерь.При этом уменьшение внутренней энергии газа максимально (по сравнению сдругими процессами расширения при одинаковых начальных параметрах истепени расширения); поэтому такой процесс сопровождается наибольшимснижением температурыДифференциальный эффект понижения температуры (Изменениетемпературы в изоэнтропном процессе в открытой и закрытой системаходинаковое и определяется выражением): = � �Определение для реального газа = � � = � � = � � = � � = � � � + � � = → =, = (, ) � =�� = � � � + � � � = � � � + � Для идеального газа = 1 → �� =0 → = − → = ∙ − − − 1 =∙ � � = ∙� �=∙� �2) Основные принципы построения низкотемпературной установки,использующей магнитокалорический эффект.Магнитокалорический эффект– Ряд материалов, обладающихпарамагнитными свойствами, вблизи температуры точки Кюри обладаютследующими свойствами – при наложении внешнего магнитного поля ихтемпература повышается.
При снятии магнитного поля температурапонижается. Подавляющее большинство таких веществ – соединениягадолиния.∆Т , К2QтТ,КВ=3 ТлПерепадтемператур приразмагничиваниинаходится винтервале от 0.3 до40К.В>0B=0 Тл3ТнТг13Тх42QхSB=0 ТлТх41SМагнитокалорическое охлаждениеСами МагнитоКалорические Установки (МКУ) можно использовать вдиапазоне температур 1…300 К.
Магнитные поля в реальных установках2…5 Тесла.Для МКУ, работающей в рефрижераторном режиме можно использоватьцикл Карно, расположенный между 2-мя изофилдами – линиями спостоянным магнитным полем.1-2 – адиабатное намагничивание2-3 – изотермическое намагничивание с отводом теплоты намагничевания3-4 – адиабатное изоэнропное размагничивание4-1 изотермическое размагничивание с подводом полезной теплотыСуществует 2 типа МКУ: динамические и статическиеДинамические. В них рабочее вещество периодически перемещается изобласти высокого магнитного поля в область низкого магнитного поляQг, В > 0Движение может быть поступательное иликруговоеВ=0, QхСтатического – нет подвижных частей, а магнитное поле переменное.ТК материалы – резкоменяющиетеплопроводность приизменениитемпературы. ТК –термосифоны(тепловые трубы).QгТгTK гТепловой насос(проводит теплотутолько в одномнапрвлении)РТмагнит с переменнымполемTK хТхQхКлассическая тепловая труба.λQТх“фитиль”Тгдвижение газарадиатордвижение жидкостипо фитилюрадиаторT(Т х ; Т г ) ∈ (Т тр ; Т кр )К т.т ≈ 100 КСu (меди)Термосифон (не имеет фитиля и работает в поле гравитационных сил).ТхПар поднимается снизу вверх, жидкостьстекает вниз.Работает в узком диапазоне температур (Т тр ; Т кр ) .
ЕслиТ > Т кр , то труба запирается (в ней нет жидкости).ТгЕсли Т < Т кр , то труба также не работает (рабочеевещество затвердевает).3) Идеальный и реальный циклы парокомпрессионной машины.Цикл называется парокомпрессионным, так как на всасывание компрессоруподаётся пар рабочего вещества.Основными характеристиками данного цикла являются:6. Полезная холодопроизводительность х = ℎ4 − ℎ3 = ℎ4 − ℎ2 равнаятеплоте, подводимой к испарителю машины.7. сж – работа сжатия в компрессоре сж = = ℎ1 − ℎ4 ; = х –холодильный коэффициент8.
Степень термодинамического совершенства =сжкРеальный циклИдеальный циклВ реальности в испарителе происходит некоторый перегрев полученногопара относительно исп ; ∆перегреваПри слабом перегреве или его отсутствии возможно попадание жидкости навсасывание в компрессор.При большом перегреве увеличивается температура нанагнетании компрессора, что приведёт к аномальному нагреву частей компрессора.Если компрессор герметичный или полугерметичный и охлаждение обмотокэлектрического двигателя осуществляется газом хладагента, выходящего изиспарителя, то при большом перегреве ухудшается охлаждение обмотокэлектрического двигателя, что приведёт к увеличению T обмотки и еёсопротивления, т.е.
к увеличению потребляемой электрической мощности.В конденсаторе происходит не только охлаждение газа и его последующаяконденсация, но и охлаждение полученной жидкости. Величина переохлажденияотносительно температуры конденсации составляет 4 … 7℃.БИЛЕТ 261) Связь αs и αh и сравнение их значений в зависимости оттемпературы и давления.
= � � � � − = � � − = − = � � − > 0 > 0,но − > 0Дифференциальный эффект изоэнтропного расширения всегдабольше аналогичного эффекта про дросселировании.Сравнение изменения температуры в процесседросселирования и изоэнтропного расширения.Рисунок 90. Сравнениеинтегральных эффектов h=constи s=const.Пример: , Кн , МПак , МПа∆ , К∆ , К30050,120393001011481620050,1122,762320010196,244015050,172,765015010146,2446,2410050,122,7622,76Для низких начальных температур процессов расширения ∆ придросселировании и изоэнтропном расширении одинаков.Конец обоих расширений приходится в двухфазную область.Рисунок 91.Детандирование в п+жобласть.Перепад температуры приS=const расширенииуменьшается при понижении температуры начала расширения.
Этообуславливается тем, что на TS – диаграмме с повышениемтемпературы изобары идут более круто.температуры.Рисунок 92.Зависимостьинтегральногоэффектадетандирования отначальнойС повышением начального давления перепад ∆ уменьшается.Является следствием того, что изобары в области высоких давленийрасположены более густо.Рисунок 93.Зависимостьинтегральногоэффектадетандированияот начальногодавления.Общий вывод:исходя из вышеперечисленной зависимости, детандированиецелесообразно проводить при высокой начальной температурепроцесса расширения в области невысоких давлений окончаниярасширения.Для воздушных турбохолодильных машин реализуется циклДубинского в ряде случаев, где давление расширения нижеатмосферного.2) Термоэлектрическое охлаждение.Термоэлектрический эффект Пельтье.При подведении постоянного электрического тока к проводнику, состоящемуиз двух разных материалов, на одном спае происходит понижениетемпературы, 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 спая определяется последующей формеQх=(α1 − α 2 ) ITх , где α1 , α 2 – величины термоэдс на теплом конце и холодных спаях.о .Данная величина Qх .о. является теоретической. Реальная холодопроизводительностьменьше на величину потерь Qх =Qх .о. − (Q Дж − Qλ ) ,где Q Дж – Джоулева теплота, Qλ –теплопритоки от теплопроводности.Q Дж =1 2I R ;2Qλ =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 х6040Qх = 0Qх = 1ВтQх = 2 Вт20Qх = 3ВтРисунок 119.
Зависимостьперепада температур от тока.I, А80 холодопроизводительности увеличивается1) С падением 40полезнойтемпературный перепад.2) Величина силы тока имеет оптимальное значение, при которомдостигается максимум перепада температур.3) Величина силы тока для термоэлектрического элемента имеет достаточнобольшие значения, т.е.
для работы термоэлектрического элемента требуетсяспециальный 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.3) Основные принципы построения низкотемпературных циклов.В технике низких температур наиболее распространенными являютсядроссельные циклы, в которых основное понижение температур происходитпри дросселировании, а основным холодопроизводящим процессом являетсяизотермическое сжатие в компрессоре для всех веществ, кроме He, Ne, H2.Дроссельные циклы с одним производящим процессом (изотерм. сжатие вкомпрессоре) и с несколькими, например с использованиемпредварительного охлаждения в ванне с кипящей внешней жидкостью или сиспарением в газовой холодильной машинеДроссельные циклы разделяют на 2 категории: газовые ипарокомпрессионные.В газовых циклах после сжатия в компрессоре и охлаждения в концевомхолодильнике получается сжатый газ, а в парокомпрессионном – сжатаяжидкость.
Т.к. в подавляющем большинстве случаев изотермическое сжатиев компрессоре осуществляется при температурах близких к температуреокружающей среды, то рабочее вещество, использующееся впарокомпрессионном цикле должно иметь критическую температуру вышетемпературы окружающей среды, а температура тройной точки – ниже чем уокружающей среды. В газовых дроссельных циклах Ткр рабочего веществасущественно ниже температуры окружающей среды.БИЛЕТ 271) Изотермическое сжатие в компрессоре идеальных и реальныхгазовИзотермическое сжатие в компрессоре.Рисунок 63. Изотермическое сжатие в компрессоре.ℎ1 + сж = ℎ2 + сжсж = сж − (ℎ1 − ℎ2 )0 = 1 = 2 => сж = 0 (1 − 2 )Соотношение между теплотой и работой сжатия зависит отсоотношений энтальпий в начале и в конце процесса изотермическогосжатия.Кривая инверсии делит газовую область на две части:- выше линии инверсии изоэнтальпа имеет положительный уголнаклона с осью энтропий- ниже линии – отрицательный- на самой линии угол равен нулюВ области малых давлений <0,1 атм газ ведёт себя как идеальный, иизоэнтальпа совпадает с изотермой.Поэтому при рассмотрении изотермического сжатия газа вкомпрессоре и определении соотношения между L и Q необходимоучитывать, где относительно линии инверсии проходит процессизотермического сжатия.5) Сжатие ниже линии инверсии.Рисунок 65.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
