krio_bilety_poryadok (1171276), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

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.

В идеальном случае процесс квазиравновесен иописывается условием S=constВ области умеренного холода используется в воздушных турбохолодильныхустановках. В области низких температур – ожижение низкотемпературныхгазов, низкотемпературное разделение газовой смеси, и также врефрижераторных установках, предназначенных для отвода теплоты изнизкотемпературных камер.Процесс детандеров реализуется с использованием объёмных итурбодетандеров.Также, как и дросселирование, изоэнтропическое расширениехарактеризуется дифференциальным эффектом понижения температуры, = () интегральным эффектомкк∆ = ∫ = ∫ (нн) В качестве теплового эффекта изоэнтропного расширения используетсяидеальная работа детандирования .Перепад температуры при S=const расширении уменьшается припонижении температуры начала расширения.

Это обуславливается тем,что на TS – диаграмме с повышением температуры изобары идут болеекруто.Рисунок 92. Зависимость интегрального эффекта детандирования отначальной температуры.С повышением начального давления перепад ∆ уменьшается. Являетсяследствием того, что изобары в области высоких давлений расположеныболее густо.Рисунок 93. Зависимость интегрального эффекта детандирования отначального давления.Общий вывод: исходя из вышеперечисленной зависимости,детандирование целесообразно проводить при высокой начальнойтемпературе процесса расширения в области невысоких давленийокончания расширения.Для воздушных турбохолодильных машин реализуется цикл Дубинского вряде случаев, где давление расширения ниже атмосферного.БИЛЕТ 81) Производство энтропии при осуществлении идеальных и реальныхпроцессов в низкотемпературных установкахВторое начало ТД: Теплота с более низкого температурного уровня не может перейти на болеевысокий без совершения работы.Энтропия – физическая величина характеризующая степень неупорядоченности.Изменение энтропии не может быть меньше отношения изменения теплоты к температуреdQ/T <= dS (размерность как у теплоемкости, но физический смысл другой)В изолированной системе энтропия остаётся либо неизменной, либо возрастает (в неравновесныхпроцессах), достигая максимума при установлении термодинамического равновесия (законвозрастания энтропии)Суммарное изменение энтропии во всех подсистемах низкотемпературной системы называетсяпроизводством энтропии и, согласно второму началу термодинамики, эта величина будетнеотрицательной, или все процессы в системе обратимы, то производство энтропии равно нулю,если хотя бы один процесс необратим, то производство энтропии положительно.Энтропия в отдельных частях системы может и увеличиваться и уменьшаться, но суммарноеизменение энтропии всех частей системы будет положительным.Обычно при расчёте производства энтропии в каком-либо элементе низкотемпературной системывыделяют отдельный необратимый процесс, в котором происходит необратимость и вычисляетсяпроизводство энтропии, вследствие этой необратимости, считая все остальные процессы вданном элементе обратимыми, поэтому суммарное производство энтропии будет равно суммевсех необратимых процессов в данном элементе:∆′ = ∑= ∆′Пример: вычисление производства энтропии при смешениее двух потоков имеющих одинаковыйсостав, но разную температуру.∆′ = ∆ + ∆ = ( − ) + ( − ) = ( ) + ( ) > Дано:Газ – азот p=0.1 МПаT1=150 КT2=100 КG1 = 4 кг/cG2 = 6 кг/cНайти производство энтропии присмешении.Решение:кгс3 ℎ3 = 1 ℎ1 + 2 ℎ2энтальпии для азота при давленииp=0.1 МпакДжℎ1 = 154,7кгкДжℎ2 = 101,9кг1 ℎ1 + 2 ℎ2кДжℎ3 == 1233кгданной энтальпии при p=0.1 МПасоответствует температура3 = 120 К33∆ ′ = 1 1 ln ( ) + 2 2 ln ( )12ℎ1 − ℎ31 =1 − 33 = 1 + 2 = 10∆ ′ = 1ℎ1 − ℎ33ln ( )1 − 31ℎ2 − ℎ33+ 2ln ( )2 − 32кВт= 0,214К2) Теорема Гюи-Стодолы и её применение к оценке эффективностинизкотемпературных циклов.′потери ~ ∑ ∆ = ∆ (производство энтропии)Потери пропорциональны производству энтропии.

Дополнительнаяработа выделяется в окружающую среду в форме теплоты, поэтомуимеется связь между производством энтропии и дополнительнойработой.Теорема Гюи-Стодолы:пот. = 0∆ ′Абсолютное производство энтропии прозрачно показывает затратыэнергии (электроэнергии) для компенсации необратимых процессовв низкотемпературной системе. = + 0∆ ′ = + 0∆ ′∆ ′ = ∙ ∆ ′Анализ производства энтропии в отдельных частяхнизкотемпературной установки позволяет выделить наиболееэнергозатратный элемент данной системы, чтобы затем попытатьсяуменьшить необратимость в данном элементе.Реальные циклы имеют некоторую затрачиваемую работу, и присравнении этих циклов друг с другом для одинаково поставленнойзадачи их сопоставляют с идеальным циклом, работа которогоминимальна.Для этого используют понятия степени термодинамическогосовершенства цикла: =действЧем выше степень термодинамического совершенства, тем болееэнергоэффективен цикл.Для циклов термостатирования, для которых идеальным являетсяцикл Карно, и данную формулу можно преобразовать: === = =действ действ0 − 3) Основные типы теплообменных аппаратовТеплообменные аппараты – устройства для передачи теплоты от потока кдругим потокам или среде с которой происходит обмен теплотой.Перенос теплоты осуществляется без отвода работы.Классифицируются по следующим признакам: По принципу работы Регенераторы – теплообменные аппараты в которых теплота вначале передается от потока к теплоёмкой массе регенератора(насадку), а затем от насадка к другому потоку.

Теплота междупотоками передаётся периодически, а не непрерывно. Рекуператоры – теплота от одного потока передаётся другомупотоку или среде через теплопроводящую стенку. Процесс переносатеплоты непрерывен. По числу потоков Однопоточные Двухпоточные Трехпоточные и многопоточные По назначению По направлению движения потоков Прямоточные (потоки сонаправлены) Противоточные (потоки текут в противоположные стороны) Перекрестноточные (потоки скрещиваются под прямым углом) По агрегатному состоянию вещества Конденсаторы (один из потоков или среда конденсируется) Испарители ( один из потоков или среда испаряется) Конденсаторы-испарители (один поток испаряется –другойожижается) Обычные газовые или жидкостные По типу конструкцииРабота регенератора : цикл работы разделен на две части(прямое иобратное дутьё) При прямом дутье прямой поток проходит черезхолодную насадку и охлаждается, с течением времени насадкарегенератора начинает нагреваться, в результате чего прямой потокохлаждается слабее.

При достижении максимально допустимой величинытемпературы происходит переключение режима работы регенератора, инасадка начинает охлаждаться при обратном дутье. По мере охлаждениянасадки температура обратного потока на выходе уменьшается и по мередостижения минимально значения наступает переключение в режимпрямого дутья.Рекуператор: наиболее часто встречаются двухпоточные теплообменныеаппараты типа труба в трубе. Основная задача – охлаждение прямогопотока до более низкой температуры. Поэтому противоточныйтеплообмен является более оптимальным по сравнению с прямоточным.Прямоточный используется если прямой поток претерпевает фазовыепревращения.БИЛЕТ 91)2)3)БИЛЕТ 102) Энтропийный баланс низкотемпературных систем.

Следствиепринципа аддитивности энтропии.Второе начало термодинамики устанавливает невозможностьпередачи теплоты от тел с более низкой температурой телам с болеевысокой температурой без компенсации, или в другой формулировке невозможность создания вечного двигателя 2-го рода. Исходя изэтого, можно установить, что для любой системы, находящейся вравновесном состоянии или претерпевающей равновесные, т.е.обратимые изменения, существует однозначная функция состояния,называемая энтропией. Энтропия является координатой состояния и вэтом смысле определяет количество теплоты при равновесныхтепловых взаимодействиях.

Для изолированной в тепловомотношении системы тел (адиабатная система) суммарное изменениеэнтропии  si всех тел и подсистем, участвующих в любых обратимыхпроцессах, включая изменение энтропии окружающей среды s0 (еслиокружающая среда является частью рассматриваемой изолированнойсистемы), равно нулю.∮ = 0 ; 0 = ∗ ; ∑ ∆ + ∆0 = 0Эти уравнения выражают второе начало термодинамики для равновесных системи обратимых процессов; индекс 0 у знака дифференциала означает, что в общемслучае Q и L не являются функциями состояния, a d°Q и d°L - полнымидифференциалами.При любых необратимых процессах в замкнутой адиабатной системе (общаямасса не изменяется) энтропия системы возрастает, т.е.si + s0 >0Таким образом, общее выражение для суммарного изменения энтропии взамкнутой адиабатной системе тел при любых типах протекающих в системепроцессов имеет вид:si + s0  03) Изотермическое сжатие в компрессоре для различных газов.Соотношение между проведённой работой и отведённой теплотой.В механической системе, параметром, который наиболее частоиспользуется для понижения температуры является давление.Для его увеличения используется изотермическое сжатие вкомпрессоре.Рисунок 35.

Изотермическое сжатие в компрессоре.В результате изотермического сжатия получаем газ имеющийэнтропию меньше чем в начальном состоянии, что позволяет придальнейшем изоэнтропном расширении (в идеальном детандере)получить понижение температуры.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.Положение изоэнтальп на T-S диаграмме реального газа.Рисунок 64. Изоэнтальпы азота в T-S координатах. Криваяинверсии проведена пунктиром.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.1) Сжатие ниже линии инверсии.Рисунок 65.

Сжатие нижекривой инверсии.h1>h2сж = 0(1 − 2) − (ℎ1− ℎ2)сж < сж = 0(1 − 2)2)Сжатие выше линииинверсии.Рисунок 66. Сжатие вышекривой инверсии.h1<h2сж = 0(1 − 2) − (ℎ1 − ℎ2 )сж > сж = 0(1 − 2)Графическое отображение и сравнение работ при сжатиивыше и ниже кривой инверсии.Рисунок 67. Графическое отображение работ сжатия: а) нижекривой инверсии; б) выше кривой инверсии.Рассмотрим случай когда сж = сж = ℎ1 − ℎ2Это возможно в двух случаях:1.

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)