Bilety_krio_bez_5_bileta (1171274), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Эти две модификацииразличаются направлением спина.При нормальных условия доля ортоводорода 75 %, параводорода –25%, при понижении температуры до 20 К доля параводорода растётдо 99,8 %.Орто-пара конверсия.Процесс идёт с выделением теплоты (706 кДж/кг при температуременее 70 К), что больше теплоты испарения.Потери жидкого водорода: 18 % за первые сутки, 40 % через 100часов.Поэтому при ожижении водорода в состав ожижителя входит ортопара конвертор на платиновых катализаторах, в которых теплотаорто-пара конверсии снимается теплотой испарения жидкоговодорода, охлаждающего конвертор.БИЛЕТ 41) Методика применения принципа сохранения энергии для анализа ирасчёта низкотемпературных машин, аппаратов и установок.Закон сохранения энергии: сумма всех энергетических воздействий на системуравна изменению энергии в системе.Формулировка ЗСЭ для разных систем:1) Закрытая система, стационарный режим ∆ = 0∆2) Закрытая система, нестационарный режим ∆ = ∑ + ∑ + ∑ Э3) Открытая система, стационарный режим ∑ + ∑ + ∑ Э + ∑ ∗ ℎ = 0Пример (в примере косяк: на рисунках нужно поменять местами точки 4 и 2.
Вбилете достаточно расписать задачу с некоторыми пояснениями из самойлекции до неё)Уравнение материального баланса для двухпоточного противоточноготеплообменника.Рисунок 16. Схема противоточного теплообменного аппарата.Система открытая, стационарный режим. Энергетический баланс: + ∙ ℎ1 + ∙ ℎ2 = ∙ ℎ3 + ∙ ℎ4Т.к. мы рассматриваем низкотемпературный теплообмен, то необходимоучитывать теплопритоки из окружающей среды.Скомпануем потоки: + ∙ (ℎ1 − ℎ3 ) = ∙ (ℎ4 − ℎ2 ) ∙ (ℎ1 − ℎ3 ) − теплота, которая отводится от прямого потока ∙ (ℎ4 − ℎ2 ) − теплота подводимая к обратному потоку«Холод» обратного потока затрачивается на охлаждение прямого потока икомпенсацию теплопритока из окружающей среды.Рассмотрим случай, когда оба потока не претерпевают фазовыхпреобразований, т.е.
разность энтальпий пропорциональна разноститемператур.∆ℎ = 〈 〉 ∙ ∆〈 〉 − усреднённая изобарная теплоёмкость + ∙ 〈 〉 ∙ (1 − 3 ) = ∙ 〈 〉 ∙ (4 − 2 )Водяным эквивалентом (W) называется величина произведения массовогорасхода на среднюю изобарную теплоёмкость. + ∙ (1 − 3 ) = ∙ (4 − 2 )При расчёте теплообменных аппаратов при заданных значенияхтеплофизических параметров потоков, массовых расходов и температурпотоков на входе в теплообменник необходимо определить значениетемператур потока на выходе из теплообменника.В технике низких температур основной задачей теплообмена являетсяпонижение температуры прямого потока, в то время как повышениетемпературы обратного потока мало интересно.Дано: , 1 , 2Найти: 3 , 4Решение:В идеальном случае весь «холод» обратного потока затрачивается наохлаждение прямого потока и компенсацию теплопритока из окружающейсреды, т.е. в идеальном случае Т4=T1.
Но в следствие неидеальноститеплообмена температура T4<T1 или T4+ΔT=T1, где величина ΔT называетсянедорекуперацией (недоиспользование холода обратного потока)Рисунок 17. Иллюстрация недорекуперации на Q-T диаграмме.Величина недорекуперации зависит от типа теплообменника, рабочих веществпотоков, а так же от температурного уровня работы теплообменника.Чем меньше величина недорекуперации, тем более эффективным считаетсятеплообменник.Обычно она составляет не более 20 К, чем ниже температурный уровень, темниже недорекуперация.Зная величину недорекуперации можно решить поставленную задачу. + ∙ (1 − 3 ) = ∙ (1 − ∆ − 2 )3 = 1 + −∙ (1 − ∆ − 2 ) 2) Основные рабочие вещества криогенной техники.
Краткаяхарактеристика и свойстваАзот.Инертен почти во всех случаях, нетоксичен, не обладает магнитнымисвойствами, не имеет запаха.Азот обладает наиболее низкой температурой кипения по сравнению вкислородом и аргономПараметрТемпература кипения ( 1 атм)Температура плавления (1 атм)Температура критической точкиДавление критической точкиТемпература тройной точкиДавление тройной точкиВерхняя температура инверсииКислород.Азот77 К63,2 К127 К3,4 МПа63,15 К12,5 кПа604 КХимически активный газ, сильный окислитель, взрывоопасен в смесях суглеводородами, обладает парамагнитными свойствами.ПараметрТемпература кипения ( 1 атм)Температура плавления (1 атм)Температура критической точкиДавление критической точкиТемпература тройной точкиДавление тройной точкиВерхняя температура инверсииКислород90,188 К54,4 К154,78 К3,107 МПа54,36 К0,152 кПа771 КАргонИнертный газ, нетоксичен, не имеет цвета и запаха.ПараметрАргонТемпература кипения ( 1 атм)Температура плавления (1 атм)Температура критической точкиДавление критической точкиТемпература тройной точкиДавление тройной точкиВерхняя температура инверсииНеон87,29 К83,85 К150,72 К4,864 МПа83,81 К68,92 кПа765 КИнертный газ, нетоксичен, не имеет цвета и запаха.ПараметрНеонТемпература кипения ( 1 атм)27,108 КТемпература плавления (1 атм)24,6 КТемпература критической точки44,45 КДавление критической точки2,721 МПаТемпература тройной точки24,56 КДавление тройной точки43,31 кПаВерхняя температура инверсии230 КГелийИнертный газ, нетоксичен, не имеет цвета и запаха, аномально высокаятеплоёмкость и низкая плотность, сверхтекучести при температурах ниже 2,17 К,наилучший теплоноситель в связи с высоким коэффициентом теплопроводностикак газа, так и жидкости, отсутствует кривая сублимации.ПараметрТемпература кипения ( 1 атм)Температура плавления (1 атм)Температура критической точкиДавление критической точкиТемпература тройной точкиДавление тройной точкиВерхняя температура инверсииГелий4,224 Кнет твердого состояния5,2014 К0,2275 МПатройной точки не имееттройной точки не имеет46 КВодород.Самый лёгкий газ, горюч в присутствии воздуха или кислорода – пожароопасенпри 4-75%, взрывоопасен 18-65%, особая опасность взрыва в жидкомсостоянии при контакте с твёрдым воздухом или кислородом.Обычный водород при нормальных условиях имеет две модификации:ортоводород и параводород.Нормальный водород, имеющий равновесный орто-пара состав,соответствующий нормальным условиям имеет следующие свойства.ПараметрТемпература кипения ( 1 атм)Температура плавления (1 атм)Водород20,39 К13,96 КТемпература критической точкиДавление критической точкиТемпература тройной точкиДавление тройной точкиВерхняя температура инверсии33,24 К1,297 МПа13,95 К7,2 кПа204 К3) Изотермическое сжатие в компрессоре для различных газов.Соотношение между подведённой работой и отведённой теплотой.Рисунок 35.
Изотермическое сжатие в компрессоре.В результате изотермического сжатия получаем газ имеющий энтропиюменьше чем в начальном состоянии, что позволяет при дальнейшемизоэнтропном расширении (в идеальном детандере) получить понижениетемпературы.Первоначально с понижением давления имеем резкое увеличениеперепада температур изоэнтропного расширения.При дальнейшем увеличении давления конец расширения попадает вдвухфазную область, и перепад температур становится постоянным.Только при очень больших давлениях (сотни МПа) происходит понижениетемпературы ниже температуры кипения, а конечное состояние находится вжидкостной области, т.е. процесс становится практически неосуществимым.Кривая инверсии делит газовую область на две части:- выше линии инверсии изоэнтальпа имеет положительный угол наклона с осьюэнтропий- ниже линии – отрицательный- на самой линии угол равен нулюВ области малых давлений <0,1 атм газ ведёт себя как идеальный, и изоэнтальпасовпадает с изотермой.Поэтому при рассмотрении изотермического сжатия газа в компрессоре иопределении соотношения между L и Q необходимо учитывать, где относительнолинии инверсии проходит процесс изотермического сжатия.1) Сжатие ниже линии инверсии.Рисунок 65.
Сжатие ниже кривой инверсии.h1>h2сж = 0 (1 − 2 ) − (ℎ1 − ℎ2 )сж < сж = 0 (1 − 2 )2) Сжатие выше линии инверсии.Рисунок 66. Сжатие выше кривой инверсии.h1<h2сж = 0 (1 − 2 ) − (ℎ1 − ℎ2 )сж > сж = 0 (1 − 2 )Графическое отображение и сравнение работ при сжатии выше и нижекривой инверсии.Рисунок 67. Графическое отображение работ сжатия: а) ниже кривойинверсии; б) выше кривой инверсии.Рассмотрим случай когда сж = сж = ℎ1 − ℎ2Это возможно в двух случаях:1. Если газ – идеальный, и изоэнтальпы совпадают с изотермами.2. Если сжатие началось под кривой инверсии, а закончилось выше кривойинверсии, попав на ту же изоэнтальпу.Рисунок 68. Работа сжатия равна отведённой теплоте: а) идеальный газ; б)реальный газ.БИЛЕТ 51)2)3)БИЛЕТ 61) Второй и третий законы термодинамики.
Теорема Нернста.Идеальная тепловая машина.Второе начало термодинамикиНельзя перенести теплоту с более низкого на более высокийтемпературный уровень, не совершив внешней работы.Третье начало термодинамики(закон Нернста)Связывает понятия нуля энтропии с абсолютным нулём температуры.Общеупотребимые термодинамические функции, такие каквнутренняя энергия, энтальпия, энергия Гиббса и Гельмгольцаявляются не абсолютными величинами, а относительными.Их абсолютная величина в разных справочных диаграммах итаблицах могут быть различны, но разность этих величин дляфиксированных параметров везде одинаковы.Теорема Нернста позволяет абсолютизировать величину энтропии вотличии от других функций состояния.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
