krio_bilety_poryadok (1171276), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Вихревая труба Ранка-Хилша.Сжатый газ, проходя через улитку расширяется; при этом взавихрённом потоке возникает температурное расслоениеразличных частей газа. В результате этого из вихревой трубывыходят два потока:1) имеет температуру более горячую, чемвходящий поток; 2) имеет температуру более холодную, чемвходящий поток;Рисунок 103. Вихревое расширение.Несмотря на отсутствие теории налажен массовый выпусквихревых труб (большей частью для высокотемпературныхобластей).Вихревая труба характеризуется эффективностью по сравнению сизоэнтропным расширением.Рисунок 105.
Сравнение вихревого расширения сизоэнтропным. =∆вихр∆Эффективность вихревой трубы обычно не превышает 0,2.3) Дроссельные рефрижераторные циклы. Их основныехарактеристики.Основным холодопроизводящим процессом в дроссельных циклах являетсяизотермическое сжатие в компрессоре ниже линии инверсии.Поскольку в большинстве случаев изотермическое сжатие происходит притемпературе окружающей среды, то в дроссельных циклах в качестверабочих веществ не используют Ne, H 2 ,и He .КПаДифференциальный дроссель-эффект ℎ = ( )ℎ [ ]Знак 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.Для практических целей используется интегральный дроссельэффект, показывающий изменение температуры при уменьшениидавления от начального до конечного:к∆ℎ = ∫ ℎ [К]нРисунок 78. Интегральный дроссель-эффектРисунок 79. Зависимость интегрального дроссель-эффекта от температуры прификсированном начальном и конечном давлениях.Тепловой эффект дросселирования.Рисунок 84 Цикл простогодросселирования.Рассмотрим процессT=const сжатия вкомпрессоре 1-2,последующимдросселированием 21’,сопровождающимся понижением температуры, и последующимподводом внешней теплоты qx. 1’-1.
Для того, чтобы T понизилась,необходимо, чтобы энтальпия газа в конце процесса T=const сжатиябыла меньше чем вначале сжатия. Величина разности энтальпий вначале и конце сжатия называется тепловым эффектомдросселирования.В холодильной технике эта величина называетсяхолодопроизводительностью компрессора.Зависимость теплового эффекта дросселирования от p и T полностьютождественно зависимости интегрального эффекта дросселированиядля тех же величин.БИЛЕТ 151) Разделение и очистка газов.
Технологические процессы и очистки.Минимальная работа разделен газообр смесейМинимальная работа разделения газовыхсмесейРисунок 58. Схема газоразделительной установки.∑ = 1≔1 = 0 (см − ∑ ) − (ℎсм − ∑ ℎ )≔1≔1 затрачивается на увеличение давления каждого компонентагазовой смеси от парциального давления смеси до давления смеси.0 ≈ ∑ 0 ln ( )≔1Полное равенство справедливо для идеального газа.2) Дросселирование паров и жидкостей. Применение этих процессов внизотемпер циклахДанный процесс был исследован Джоулем и Томпсоном.Дросселированием называется изоэнтальпный процесс расширения газа вадиабатных условиях, при его движении через гидравлическоесопротивление. При этом не совершается и не выделяется никакая внешняяработа, и скоростной напор на входе и выходе из расширительногоустройства остаётся неизменным.(последнее справедливо на некотором удалении от места расширения)Дросселирование – необратимый процесс, характеризующийся потерями,которые можно вычислить через величину производства энтропии.Рисунок 71.
Схема процесса дроселлирования.Поскольку процесс адиабатный без подвода и отвода работы, то энтальпиягаза постоянна. Основное назначение процесса дросселирования – понизитьтемпературу газа или жидкости.Дросселирование паров и жидкостей.Рисунок 82. Иллюстрация дросселирования в парожидкостной области.В результате дросселирования жидкости или пара мы можем попасть впарожидкостную область, как это показано на рисунке 82.После дросселирования пара доля пара больше доли образованной жидкости,и, наоборот, после дросселирования жидкости доля жидкости больше долиобразовавшегося пара.Но интегральный эффект дросселирования в обоих случаях остаётсяодинаков, т.к. в парожидкостной области температура – есть функция толькодавления.3) Особенности применения детандеров в низкотемп установкахДетандирование – 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, детандированиецелесообразно проводить при высокой начальной температуре процессарасширения в области невысоких давлений окончания расширения.Для воздушных турбохолодильных машин реализуется цикл Дубинского вряде случаев, где давление расширения ниже атмосферного.БИЛЕТ 161) Общие принципы термодинамического анализанизкотемпературных систем′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 показываетзатраты энергии (электроэнергии) для компенсации необратимыхпроцессов в низкотемпературной системе.
= + 0∆ ′ = + 0∆ ′∆ ′ = ∙ ∆ ′Анализ производства энтропии в отдельных частяхнизкотемпературной установки позволяет выделить наиболееэнергозатратный элемент данной системы, чтобы затем попытатьсяуменьшить необратимость в данном элементе.2) Процессы сопровождающиеся понижением температуры вадиабатных условиях1) Использование естественного холода (240 К – 300 К) – холодатолщи почвы, холодной воды, льда, запасённого зимой илиперевезённого с горных местностей;2) Дросселирование (0,7 К – 300 К) – адиабатное расширениегазов, паров и жидкостей, проходящих через гидравлическоесопротивление.
Осуществляется в открытой системе и являетсянеравновесным ( необратимым) процессом. Дросселированиеописывается уравнением h=const;В процессе дросселирования температура может какпонижаться, так и повышаться. Это зависит от начального иконечного давления, начальной температуры и рода газа.Используется в парокомпрессионных холодильных установках (холодильник бытовой) и ожижителях.Работа при дросселировании не совершается.3) Детандирование – адиабатное расширение газа или пара ссовершением внешней работы.
В идеальном случае процессквазиравновесен и описывается условием S=constВ области умеренного холода используется в воздушныхтурбохолодильных установках. В области низких температур –ожижение низкотемпературных газов, низкотемпературноеразделение газовой смеси, и также в рефрижераторныхустановках, предназначенных для отвода теплоты изнизкотемпературных камер.Процесс детандеров реализуется с использованием объёмных итурбодетандеров.4) Выхлоп – свободный выпуск сжатого газа из сосуда, являетсяадиабатным расширением с совершением внешней работыпротив окружающей среды в неравновесных условиях, в началепроцесса выхлоп идёт близко к изоэнтропному расширениюS=const.В областях умеренного холода 120 К -300 К используется редко.В областях низкого холода 0,7 К – 120 К используетсядостаточно широко.
Пример: машина Гиффорда – Макмагона иожижитель Симона для получения жидкого гелия.5) Адиабатное расширение газа при его перетекании из одногообъёма в другой, т.е. процесс расширения при которомвнутренняя энергия остаётся постоянной.Не смотря на обязательное понижение температуры, процесструднореализуем и не используется на практике.6) Вихревое адиабатное расширение газа в специальныхвихревых трубах (Ранка-Хилша), где происходит разделениерасширенного газа на два потока, имеющие разныетемпературы.
Горячий поток выходит с периферии трубы, ахолодный из центра. Широко используется в области умеренногохолода и в отдельных установках в области низкого холода.7) Волновое расширение газа в специальных акустическихкриогенераторах, где энергия расширяющегося газа переходитв теплоту, либо электроэнергию: в результате возникновенияакустического колебания между «тёплой» и «холодной» частямиволнового криогенератора. Используется в отдельныхустановках умеренного и глубокого холода.8) Пульсационное расширение газа – осуществляется вспециальных установках ( пульсационных трубах) в которыхосуществляется пульсационное расширение газа при его впускеи выпуске из устройства.
Используется в отдельных установкахглубокого и умеренного холода.9) Адиабатная откачка паров кипящей жидкости. В результатеиспарения части жидкости происходит охлаждение оставшейсячасти. Используется в некоторых установках умеренного холодаи во многих установках глубокого холода для получениятемператур ниже равновесной температуры жидкости принормальном давлении.10) Барботаж – прохождение газовых пузырей через слой жидкости.В результате происходит испарение паров жидкости в газовыепузыри, температура жидкости и газа уменьшаются.Используется для охлаждения газов и жидкости в областиумеренного холода, и достаточно хорошо используется дляполучения пониженных температур жидкости в областиглубокого холода.11) Откачка паров твёрдой фазы (обычно кристаллы).Используется для получения температур, ниже тройной точкидля данного вещества и, иногда, используется для отдельныхустановок глубокого холода.12) Адиабатная десорбция газа с поверхности адсорбата.Используется в установках умеренного и глубокого холода (теплоиспользующие компрессорные машины)13) Адиабатное дегидрирование интерметаллических соединенийна основе редкоземельных металов (на основе лантана)Используется теплота десорбции водорода при его удалении изгидридообразующего соединения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
