Bilety_krio_bez_5_bileta (1171274), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Формулировка третьего законатермодинамики может быть следующей: энтропия любой равновеснойсистемы по мере приближения температуры к абсолютному нулюперестаёт зависеть от каких-либо параметров и стремиться копределённому пределу.ИДЕАЛЬНАЯ ТМЦикл Карно в координатах T—SПусть тепловая машина состоит из нагревателя стемпературой, холодильника с температуройи рабочего тела. Цикл Карно состоит из четырёхобратимых стадий, две из которых осуществляютсяпри постоянной температуре (изотермически), адве — при постоянной энтропии (адиабатически).Поэтому цикл Карно удобно представить вкоординатах T (температура) и S (энтропия).1.
Изотермическое расширение (на рис. 1 — процесс A→Б).2. Адиабатическое расширение (на рис. 1 — процесс Б→В).3. Изотермическое сжатие (на рис. 1 — процесс В→Г).4. Адиабатическое сжатие (на рис. 1 — процесс Г→А).2) Водород и его свойства. Орто-пара конверсия водорода. Областиприменения водорода в науке и техники. Особенности ожижения.Водород.Получение: из природного газа или попутных нефтяных газов(каталитическая конверсия в водяном паре), электролиз воды (внебольших количествах).
Самый лёгкий газ, горюч в присутствиивоздуха или кислорода – пожароопасен при 4-75%, взрывоопасен 1865%, особая опасность взрыва в жидком состоянии при контакте ствёрдым воздухом или кислородом.Обычный водород при нормальных условиях имеет две модификации:ортоводород и параводород. Эти две модификации различаютсянаправлением спина.При нормальных условия доля ортоводорода 75 %, параводорода – 25%,при понижении температуры до 20 К доля параводорода растёт до 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 100 часов. Поэтому при ожиженииводорода в состав ожижителя входит орто-пара конвертор наплатиновых катализаторах, в которых теплота орто-пара конверсииснимается теплотой испарения жидкого водорода, охлаждающегоконвертор.Нормальный водород, имеющий равновесный орто-пара состав,соответствующий нормальным условиям имеет следующие свойства.ПараметрТемпература кипения ( 1 атм)Температура плавления (1 атм)Температура критической точкиДавление критической точкиТемпература тройной точкиДавление тройной точкиВерхняя температура инверсииПлотностьльдаВодород20,39 К13,96 К33,24 К1,297 МПа13,95 К7,2 кПа204 Ккг/м386,7жидкостигаза (при 293 К и 1 атм)Теплофизические свойства азота:Теплота испаренияТеплота плавленияТеплоёмкость жидкостиТеплоёмкость газа (при 293 К)Применение:••••70,80,08374447 кДж/кг58,7 кДж/кг9,7 кДж/кг*К14,85 кДж/кг*КТопливо в жидкостных ракетных двигателях;Вакуумные камеры (Т=20К);Водородные пузырьковые камеры;Перспективный заменитель угля и нефти (экологическое топливо);3) Работа регенеративного теплообменного аппарата в машине МакМагона-Гифорда.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 компрессорДостоинства:− низкое давление газа (10 – 20 атм.)− простота конструкцииНедостатки:− большие размеры машины− наличие системы переключающихся клапановОднопоточный регенератор.Цикл работы регенератораделится на 2 части:Прямое и обратное дутьё.повышаться.При прямом дутье прямой потокпроходит через холоднуюнасадку и охлаждается. Стечением времени насадкарегенератора начинаетнагреваться, в результате чегопрямой поток охлаждаетсяслабее, т.е.
температурапрямого потока на выходе изрегенератора будетРисунок 9. Течение прямого потока через регенератор.При достижении максимально допустимо величины температурыпроисходит переключение режима работы регенератора, и насадканачинает охлаждаться при обратномдутье.Охлаждение насадки регенераторахарактеризуется температуройобратного потока на выходе из него.По мере охлаждения насадкитемпература обратного потока навыходе уменьшается и по мередостижения минимального значениянаступает переключение в режимпрямого дутья или резерва.Рисунок 10. Течение обратного потока в регенератореБИЛЕТ 71) Принцип возрастания энтропии как следствие 2 закона т-дВторое начало термодинамикиНельзя перенести теплоту с более низкого на более высокийтемпературный уровень, не совершив внешней работы.Рисунок 8.
Иллюстрация первого начала термодинамики на примереХМ.QT = L + QXНа иллюстрации ХМ для переноса теплоты (отвода теплоты) с болеенизкого температурного уровня ТХ на более высокий температурныйуровень ТТ.Холодильная машина работает по замкнутому циклу : изменениеэнергии за цикл равно нулю, поэтому для переноса теплоты с болеевысокого температурного уровня на низки уровень, то есть противестественного хода теплоты ( от источника с высокой температурой ктелу с низкой температурой) необходимо совершить внешнюю работу.Это является логическим следствием первого закона термодинамики ипозволяет ввести величину энтропии, изменение которой может бытьсвязано с изотермическим отводом и подводом теплоты.Функция состояния, определяющая меру «неупорядоченности» :dQT≤ dSДжкгДжdq≤ dsкг ∙ КT2) Гелий, его основные изотопы.
Их краткая хар-ка, св-ва, облпримен. Особенности ожижИнертный газ, нетоксичен, не имеет цвета и запаха, аномально высокаятеплоёмкость и низкая плотность, сверхтекучести при температурахниже 2,17 К, наилучший теплоноситель в связи с высокимкоэффициентом теплопроводности как газа, так и жидкости,отсутствует кривая сублимации.Сверхтекучесть гелия: гелий начинает постепенно терять вязкость, т.е.становится как бы невязкой жидкостью, проходящей безгидравлического сопротивления через каналы и щели.Получение: из природного газа (не более 0,005%) последовательнойочисткой от углекислого газа, углеводородов, от азота, водорода идругих низкотемпературных примесей.Капица предложил двухжидкостную модель жидкого гелия при низкихтемпературах – состоит из сверхтекучей и обычной компоненты,причём с понижением температуры доля сверхтекучей компонентыувеличивается.Сверхтекучая компонента подчиняется закономерностями квантовоймеханики, что объясняет её свойства:Движение через микрощели (меньше 0,5 мкм);Термомеханическийэффект (движение сверхтекучей плёнки в направлении тепловогопотока);Аномально высокая теплопроводность сверхтекучегогелия, возникновение скачка температур на границе сверхтекучегогелия и твердого тела (сопротивление Капицы)ПараметрГелийТемпература кипения ( 1 атм)4,224 КТемпература плавления (1 атм)нет твердого состоянияТемпература критическойточки5,2014 КДавление критической точки0,2275 МПаТемпература тройной точкитройной точки не имеетДавление тройной точкитройной точки не имеетВерхняя температура инверсии46 КПлотностькг/м3льда190жидкости125газа (при 293 К и 1 атм)0,1663Теплофизические свойства азота:Теплота испарения20,8 кДж/кгТеплота плавления5,7 кДж/кгТеплоёмкость жидкости5,0 кДж/кг*КТеплоёмкость газа (при 293К)5,2 кДж/кг*КПрименение:Получение низких и сверхнизких температур; Криогенное обеспечениесверхпроводящих систем; Имитаторы космического пространства;Создание искусственной атмосферы; Транспорт, воздухоплавание;Помимо традиционного гелия-4 существует изотоп гелий-3,количество которого на несколько порядков меньше, чем гелия 4.Обладает теми же свойствами, что и гелий 4, и в перспективеможет быть использован как топливо в термоядерной реакциивместо водорода.
Гелий-3 содержится в лунной атмосфере.Ожижение гелия принципиально отличается от методов ожижениядругих газов тем, что температура инверсии находится нижетемпературы окр среды, что дает отрицательный дроссель эффектДля сжижения гелия могут быть применены:1. Цикл с дросселированием и предварит охлаждением жидкимводородомЦикл с предварит охлаждением в детандере ( не треб предв охл т к необхдроссельн эффект получается за счет детанирования)3) Особенности использования детандеров в низкотемпературныхустановок.Детандирование – адиабатное расширение газа или пара с совершениемвнешней работы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
