krio_bilety_poryadok (1171276), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Вследствие замкнутости теоретического цикла процессысгорания и выпуска рабочего тела в действительном цикле заменяютподводом и отводом тепла. Процессы сжатия и расширения предполагаютсяадиабатическими, так как это обеспечивает максимальноетеплоиспользование.Сравнение идеального цикла ожижения и эквивалентного емуцикла Карно.Циклы являются эквивалентными, если имеют одинаковое количествоотводимой теплоты.Рисунок 56.
Сравнение цикла Карно и изобарического ожижения.В цикле Карно теплота отводится на самом нижнем температурномуровне.В идеальном цикле ожижения – в интервале температур оттемпературы окружающей среды до температуры жидкости, поэтомудля сравнения этих циклов необходимо, чтобы = (1 − 2) = ℎ1 − ℎ3Построим цикл Карно с тем же количество отводимой теплоты, что и видеальном цикле ожижения.Рисунок 57. Наложение цикла Карно на идеальный ожижительныйцикл.ид = ℎ1 − ℎ3 ~площадь 153ав1к = (1 − 2)~площадь 43а24Найдём работу цикла Карно и сравним ей величину с работой видеальном цикле ожижения.
= (0 − )(1 − 2 )~площадь 1к2341к = 0(1 − 3) − (ℎ1 − ℎ3 )~площадь 12351 − ~площадь 1к1541к = ℎ1 − ℎ3 (0 − )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.нℎ3 + о.с.= ℎ∗ + (1 − )ℎ7 (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 ℎ 2 ℎ ) = ( ) − ( ) ℎℎ ℎ ℎ = (() ; ℎ) = ( ) ( )ℎ ℎℎ = (() ( ) − ( ) = ( ) ( ( ) − ) ℎℎ ℎ 1) =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) = ==1 1 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 −н( − к ) нк = н −н нк(1 − )нИспользование выхлопа в качестве основного холодопроизводящегопроцесса реализовано в машине Мак-Магона – Гиффорда.Рисунок 101.
Машина Гиффорда-Макмагона.газ изотермически сжимается в компрессорепоступает в ресиверчерез открытый клапан охлаждается в регенераторерасширяется путём выхлопа в расширительной части сподводом полезной тепловой нагрузкипод 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.Условно разделяемнизкотемпературнуючасть установки на двечасти – верхнюю инижнюю. В каждой частиесть свой теплопритокнвнво.с.
и о.с. (о.с. < 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.нℎ3 + о.с.+ = ℎ7н = (ℎ7 − ℎ3 ) − о.с.ℎ7 − ℎ3 = (ℎ3′ − ℎ3 )− (ℎ3′ − ℎ7 )= ∆ℎТ3− 7∆ннн = ∆ℎТ3 − (7 ∆нн − о.с.)(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)2)3)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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
