Lektsii_Lavrova_NOK (1) (1171797)

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

Текст из файла

Научные основы криологии.(лекционный курс д.т.н. Николая Алексеевича Лаврова)Лекция 1.Введение.Список литературы:1.2.3.4.Архаров А.М. «Основы криологии»Архаров А.М., Марфенина «Криогенные системы т.1»Архаров А.М., Беляков В.П. «Криогенные системы т.2»Архаром А.М., Микулин «Техника низких температур»Главы, охватываемые курсом:Температурные области техники низких температур.Применение низких температур.II.Основные рабочие вещества криогенной техники. Ихсвойства, получение и применение.III.

Основные термодинамические соотношения,используемые в технике низких температур.IV. Идеальные циклы для осуществления основныхпроцессов техники низких температур.V.Анализ основных потерь в низкотемпературныхциклах. Теорема Гюи-Стодолы.VI. Процессы понижения температуры.VII. Основные характеристики реальных циклов.VIII. Холодопроизводящие процессы. Теорема о полнойхолодопроизводительности цикла.IX. Основные циклы: дроссельные, в том числепарокомпрессионные, детандерные.X.Свойства веществ при низких температурах:теплоёмкость, теплопроводность,электропроводность, вязкость, прочностныехарактеристики твёрдых тел.XI. Уравнения состояния газов в различных формах.I.Практическое использование техники низких температур.Порядка 15-20% всей мировой электроэнергии тратится нанизкотемпературную технику.Области использования:1) Охлаждение, хранение и транспортировка продуктовпитания;2) Климатическая техника (система промышленного ибытового кондиционирования)3) Криомедицина4) Криоэлектроника (использование эффектасверхпроводимости)5) В экологических целях: утилизация отходов(автопокрышек), замораживание радиоактивных отходов(препятствование излучению), извлечение углеводородов(от топливных смесей) из воздуха.6) Очистка воды методом вымораживания.7) Сверхпроводящие устройства (токомаки,сверхпроводящие ускорители, магнито-газодинамическиегенераторы (МГД-генераторы осуществляют прямоепреобразование теплоты в электроэнергию), мощныесверхпроводящие магниты для сепарации руды,сверхпроводящие линии электропередач, транспорт намагнитной подушке.8) Производство кислорода для производствавысококачественной стали.9) Производство азота (хранение продуктов,осуществление холодной посадки натягом)10)Производство аргона, криптона, ксенона (ламповаяпромышленность, нейтральная среда в технологическихпроцессах)11)Производство водорода (химическаяпромышленность, восстанавливающая среда при пайке,топливо)12)Производство гелия (благодаря высокойтеплопроводности лучший теплоноситель, жидкийгелий, воздухоплавание)13)Производство сжиженного природного газа(транспортировка)Температурные области применения низкотемпературнойтехники.(263 К – 330 К) – область температур промышленногокондиционирования;(292 К – 297 К) – область температур комфортногожизнеобеспечения;(220 К – 280 К) – область температур хранения продуктовпитания и использования холодильных технологий;(165 К – 220 К) – область работы скороморозильных устройстви хранения биоматериалов;(менее 165 К) – область криогенных температур нижетемпературы жидкого ксенона;(10−8 К … 0,3 К) – сверхтекучие температуры.Лекция 2.Основные рабочие вещества криогеннойтехники, их свойства, получение иприменение.

Продукты разделения воздуха.Рисунок 1. P-V диаграмма с изображением фазовыхпереходов для однокомпонентного вещества.Пояснения к рисунку 1: кр – критическая точка, тр – тройнаяточка.Жидкое состояние может существовать при температурах нижетемпературы критической точки.При температуре ниже тройной точки жидкого состояния несуществует.Кривая конденсации – кривая фазового перехода газ – жидкость( кривая насыщенного пара)Кривая испарения - кривая фазового перехода жидкость – газ (кривая насыщенной жидкости)Переохлаждённая жидкость – жидкое состояние, имеющееболее низкую температуру, чем насыщенная жидкость при тоже давлении.Перегретый пар – газ, имеющий температуру несколько выше,чем насыщенный пар при том же давлении.Диаграмма состояния в P-T координатах.Рисунок 2.P-T диаграмма с изображением фазовыхпереходов для однокомпонентного вещества.При давлениях выше критического (закритических давлениях)переход из газообразного состояния в жидкое происходит безфазового перехода.

( нет раздела фаз, т.е. свойствагазообразного состояния и жидкого состояния резко неразличаются).Воздух и его компоненты.Основные компоненты: азот, кислород, аргон и водяной пар(водяной пар в дальнейшем рассматривать не будем)Азот.Инертен почти во всех случаях, нетоксичен, не обладает магнитнымисвойствами, не имеет запаха.ПараметрТемпература кипения ( 1 атм)Температура плавления (1 атм)Температура критической точкиДавление критической точкиТемпература тройной точкиДавление тройной точкиВерхняя температура инверсииАзот77 К63,2 К127 К3,4 МПа63,15 К12,5 кПа604 КАзот обладает наиболее низкой температурой кипения по сравнению вкислородом и аргоном, поэтому ,если жидкий воздух находится вкриогенном сосуде (Дьюаре), то по мере испарения воздуха в нём будетнакапливаться кислород и аргон, поскольку азот будет испарятьсянаиболее интенсивно ( фракционное испарение).Процесс выпаривания низкокипящего компонента из жидкой смесиназывается дистилляцией.Плотностьльдажидкостигаза (при 293 К и 1 атм)Теплофизические свойства азота:кг/м39478081,165Теплота испаренияТеплота плавленияТеплоёмкость жидкостиТеплоёмкость газа (при 293 К)Применение:199 кДж/кг25,8 кДж/кг1,82 кДж/кг*К1,046 кДж/кг*К Получение этилена, аммиака, удобрения; Защитная среда в химической и металлургическойпромышленности, среда для сварки и резки, среда для хранениясельхоз продукции; Криогенное обеспечение физико-технических исследований; Криобиология, криомедицина.Кислород.Химически активный газ, сильный окислитель, взрывоопасен всмесях с углеводородами, 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 КПлотностьльдажидкостигаза (при 293 К и 1 атм)Теплофизические свойства азота:кг/м3140011421,331Теплота испаренияТеплота плавленияТеплоёмкость жидкостиТеплоёмкость газа (при 293 К)Применение:212,7 кДж/кг13,95 кДж/кг1,696 кДж/кг*К0,922 кДж/кг*К Производство малоуглеродистой стали, цветных металлов исплавов; Газовая сварка и резка металлов; Аэрация и осветление сточных вод; Ракетная техника (окислитель); Микробиология и медицина; Химическая и нефтяная промышленность; Производство бумаги.АргонИнертный газ, нетоксичен, не имеет цвета и запаха.ПараметрТемпература кипения ( 1 атм)Температура плавления (1 атм)Температура критической точкиДавление критической точкиТемпература тройной точкиДавление тройной точкиВерхняя температура инверсииАргон87,29 К83,85 К150,72 К4,864 МПа83,81 К68,92 кПа765 КПлотностьльдажидкостигаза (при 293 К и 1 атм)Теплофизические свойства азота:кг/м3162414001,66Теплота испаренияТеплота плавленияТеплоёмкость жидкостиТеплоёмкость газа (при 293 К)Применение:163,02 кДж/кг29,55 кДж/кг1,14 кДж/кг*К0,523 кДж/кг*К Сварка и резка в защитной аргоновой среде; Металлообработка в аргоновой среде; Выращивание кристаллов и создание покрытий вполупроводниковой промышленности; Среда в лампах накаливания; В биологии, как среда для проращивания семян; В стеклопакетах (для уменьшения тепловых потерь через окна,более низкий коэффициент теплопроводности, чем у воздуха);НеонИнертный газ, нетоксичен, не имеет цвета и запаха.ПараметрТемпература кипения ( 1 атм)Температура плавления (1 атм)Температура критической точкиДавление критической точкиТемпература тройной точкиДавление тройной точкиВерхняя температура инверсииНеон27,108 К24,6 К44,45 К2,721 МПа24,56 К43,31 кПа230 КПлотностьльдажидкостигаза (при 293 К и 1 атм)Теплофизические свойства азота:кг/м3140012040,838Теплота испаренияТеплота плавленияТеплоёмкость жидкостиТеплоёмкость газа (при 293 К)Применение:85,7 кДж/кг16,62 кДж/кг1,82 кДж/кг*К1,039 кДж/кг*КЛамповая промышленность;Электровакуумные приборы;Электронная промышленность;Криогенная техника (термостатирование, охлаждениедетекторов инфракрасного излучения); Медицина (использование изотопов неона для диагностики);НеонИнертный газ, нетоксичен, не имеет цвета и запаха.ПараметрТемпература кипения ( 1 атм)Температура плавления (1 атм)Температура критической точкиДавление критической точкиТемпература тройной точкиДавление тройной точкиВерхняя температура инверсииНеон27,108 К24,6 К44,45 К2,721 МПа24,56 К43,31 кПа230 КПлотностьльдажидкостигаза (при 293 К и 1 атм)Теплофизические свойства азота:кг/м3140012040,838Теплота испаренияТеплота плавленияТеплоёмкость жидкостиТеплоёмкость газа (при 293 К)Применение:85,7 кДж/кг16,62 кДж/кг1,82 кДж/кг*К1,039 кДж/кг*КЛамповая промышленность;Электровакуумные приборы;Электронная промышленность;Криогенная техника (термостатирование, охлаждениедетекторов инфракрасного излучения); Медицина (использование изотопов неона для диагностики);ГелийИнертный газ, нетоксичен, не имеет цвета и запаха, аномальновысокая теплоёмкость и низкая плотность, сверхтекучести притемпературах ниже 2,17 К, наилучший теплоноситель в связи свысоким коэффициентом теплопроводности как газа, так ижидкости, отсутствует кривая сублимации.Сверхтекучесть гелия: гелий начинает постепенно терятьвязкость, т.е.

становится как бы невязкой жидкостью, проходящейбез гидравлического сопротивления через каналы и щели.Получение: из природного газа (не более 0,005%)последовательной очисткой от углекислого газа, углеводородов,от азота, водорода и других низкотемпературных примесей.Капица предложил двухжидкостную модель жидкого гелия принизких температурах – состоит из сверхтекучей и обычнойкомпоненты, причём с понижением температуры долясверхтекучей компоненты увеличивается.Сверхтекучая компонента подчиняется закономерностямиквантовой механики, что объясняет её свойства: Движение через микрощели (меньше 0,5 мкм); Термомеханический эффект (движение сверхтекучей плёнки внаправлении теплового потока); Аномально высокая теплопроводность сверхтекучего гелия,возникновение скачка температур на границе сверхтекучего гелияи твердого тела (сопротивление Капицы)Рисунок 2. Термомеханический эффект: а – уровень жидкости всосуде с нагревателем Н выше, чем в сообщающемся с ним сосуде;б – фонтанирование гелия при освещении и нагреве порошка П,находящегося в сосуде со сверхтекучим гелием (В –гигроскопическая вата)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 КПлотностьльдажидкостигаза (при 293 К и 1 атм)Теплофизические свойства азота:кг/м31901250,1663Теплота испаренияТеплота плавленияТеплоёмкость жидкостиТеплоёмкость газа (при 293 К)Применение:20,8 кДж/кг5,7 кДж/кг5,0 кДж/кг*К5,2 кДж/кг*КПолучение низких и сверхнизких температур;Криогенное обеспечение сверхпроводящих систем;Имитаторы космического пространства;Создание искусственной атмосферы;Транспорт, воздухоплавание;Помимо традиционного гелия-4 существует изотоп гелий-3, количествокоторого на несколько порядков меньше, чем гелия 4.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций