teplotekhnika (852911), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Поэтому КПД насоса обычно не превышает 0,5.Водокольцевые насосы, несмотря на низкий КПД, широко применяют на пневматическом транспорте, так как они просты по устройству, надежн ы в эксплуатации и работают в запыленном воздухе без смазки. Прииспользовании насосов в качестве воздуходувок избыточное давлениедостигает 0,18 МПа, а при использовании в качестве вакуум-насосов вакуума - до 92%.37915.5.
Холодильные и криогенные машины и установкиИскусственные способы охлаждения. В любом природном процессе осуществляется самопроизвольный переход теплоты от тел с высокой температурой к телам с более низкой температурой, т.е. происходит естест-венное охлаждение, при котором конечная температура охлаждаемоготела зависит от температуры охлаждающего тела. Количество теплоты,которое может поглотить охлаждающее тело, определяет его охлаждающий эффект, или количество произведенного холода.Охлаждение - вынужденный отвод теплоты от тел и передача ее другим телам или в окружающую среду, сопровождающиеся понижениемтемпературы охлаждаемых тел.
В тех случаях, когда есть возможность использовать для охлаждения тел или машин такие природные среды, каквоздух, вода, земля, лед и снег, оно достигается естественным путем с минимальными затратами энергии и средств. Для обеспечения искусственного охлаждения необходима существенно большая затрата энергии. Теплоту, отведенную от тела в процессе охлаждения, обычно называют холодом.Холодопроизводительностью называется количество теплоты, отводимое холодильной машиной в единицу времени при температуре нижетемпературы окружающей среды. Она характеризует количество холодаи измеряется в ваттах и киловаттах. Теоретически минимальная удельнаямощность, требующаяся для получения 1 Вт холодопроизводительности,равна обратной величине холодильного коэффициента холодильной машины Карно.Современная техника позволяет получать любые низкие температуры.
Вся область низких температур условно делится на три диапазона:умеренно низкие (273 + 120 К), криогенные (120 + 0,5 К) и сверхнизкие(0,5 -› 0 К). Чем ниже температура, тем больше затраты энергии и материалов для получения холода.При естественном охлаждении нельзя получить температуру нижетемпературы охлаждающей среды. Чтобы температура тела стала нижетемпературы естественных источников холода, применяются искусственные способы охлаждения, основой которых являются следующие физические процессы:ПроцессКвазиравновесное расширение газов и паров с совершением внешней работы (расширение в машинахдетандерах) ..............................................................................Неравновесное расширение газов и паров с совершением внешней работы (выхлоп или свободныйвыпуск газов из объема) ..........................................................380Температура, К53005300Дросселирование газов и паров (эффект Джоуля-Томпсона)в области состояний, где температура понижается придросселировании (область ограничена кривой инверсии) .............Кипение жидкостей с последующей откачкой насы-щенных паров кипящей жидкости ............................................Откачка паров плавящихся или сублимирующихсякристаллов (плавление и сублимация) .....................................Волновые процессы расширения газов (с отводомтеплоты) ......................................................................................Температурное расслоение закрученных газовыхпотоков при расширении в вихревых трубах(вихревой эффект Ранка-Хильша) ...........................................Температурное расслоение в пульсирующем объемегаза ..............................................................................................Расширение газов без изменения внутренней энергии(из объема в объем) ....................................................................Десорбция газов (откачка адсорбата с поверхностиадсорбента) .................................................................................Смешение (растворение) веществ в жидких, твердых30,5330030030010300203001030010 3004300и газообразных состояниях, образующих смеси илирастворы с большей теплоемкостью, чем суммапарциальных теплоемкостей компонентов ..............................
до 0,002Прохождение тока через спаи разнородных полупроводников дырчатого и электронного типов (эффектПельтье) ...................................................................................... 150 300Размагничивание парамагнетиков ............................................
0,02... 300Размагничивание ядер, обладающих магнитныммоментом ....................................................................................2-10-5Сжатие смеси твердого и жидкого 3Не ..................................... менее 0,32Перетекание сверхтекучей компоненты Не-П черезтонкие капилляры (механокалорический эффект в Не-П) .....=Эффект Этгинсгаузена ...............................................................150Переход сверхпроводников в нормальное состояние ..............
518Электротермические эффекты .................................................. 20 300Выбор средств и способов искусственного охлаждения осуществляется с учетом требующейся холодопроизводительности, температуры охлаждения, параметров приемника теплоты, скорости охлаждения, автономности, габаритных и массовых характеристик, энергозатрат, токсичности и целого ряда других возможных специальных требований. Так,например, при замораживании биологических материалов и продуктовпитания важную роль играет темп охлаждения, зависящий от температуры охлаждающей среды. В результате обеспечиваются те или иные каче-ственные характеристики охлаждаемых сред.381Перечисленные выше процессы с соответствующими рабочими телами могут быть применены как для одноразового охлаждения, так и непрерывного, осуществляемого с помощью различных циклов, в которыхиспользуется промежуточное рабочее тело (холодильный агент или хладагент). Оно совершает последовательную совокупность процессов, врезультате которых теплота может быть сначала передана от охлаждаемого тела промежуточному рабочему телу цикла, а затем в окружающуюсреду или другому телу (см.
подразд. 1.6, 5.6).Однако при организации циклов низкотемпературных установок возникают принципиальные особенности, обусловленные тем, что теплоту,передаваемую от охлаждаемого тела рабочему телу цикла, необходимовывести в окружающую среду. Поэтому в низкотемпературных циклахважную роль играют не только процессы, сопровождающиеся понижением температуры в адиабатных условиях или поглощением теплоты визотермных условиях, но и процессы с уменьшением энтальпии, благодаря которым непрерывно генерируется холодопроизводительность вцикле.Способы охлаждения или физические принципы понижения температуры в обратных циклах.
Для непрерывного искусственного охлаждения внизкотемпературных установках реализуются различные циклы с разными хладагентами. Любой цикл включает несколько процессов, и, покрайней мере, один из них должен сопровождаться эффектом понижения температуры в адиабатных условиях или поглощением теплоты визотермических. Если подобный процесс в цикле протекает при изотермических условиях, то именно в этом процессе теплота от охлаждаемоготела передается в цикл. Если процесс протекает в адиабатных условиях,то теплота вводится в цикл к рабочему телу, охлажденному после этогопроцесса.Из всех процессов, которые используются в циклах для понижениятемпературы рабочего тела, наиболее распространенными являются следующие:изменение агрегатного состояния (фазовые превращения), сопровождающиеся поглощением теплоты (плавление, парообразование, сублимация, растворение соли);расширение сжатого газа с получением внешней работы;дросселирование;вихревой эффект;термоэлектрическое охлаждение;десорбция газов.На основе любого метода получения холода может быть осуществлено большое количество однородных циклов.Любой цикл холодильной или криогенной установки содержит холодопроизводящий процесс (или совокупность процессов), обеспечиваю-382щий непрерывное получение холода.
Без холодопроизводяших процессов осуществить непрерывное охлаждение невозможно.Большое значение для низкотемпературных машин и установок имеют процессы, в первую очередь сопровождающиеся в адиабатных условиях эффектом понижения температуры. Некоторые из них являютсяодновременно и холодопроизводяшими процессами, например, детандирование - расширение газов и паров с совершением внешней работы.Процесс дросселирования хотя и не является холодопроизводяшим,но обеспечивает необходимое изменение температуры рабочего тела вЦиклах.
Процессы испарения (плавления, сублимации), адсорбции, растворения обеспечивают возможность передачи теплоты в цикл от охлаждаемого тела при определенной его температуре. В низкотемпературныхустановках широко используются также процессы рекуперации холода(теплоты) в рекуперативных и регенеративных теплообменных аппаратах, где происходит теплообмен между потоками рабочего тела и, такимобразом, обеспечивается достижение заданной низкой температуры.Большое значение эффективность процессов рекуперации холода имеетдля криогенных циклов и установок, работающих на уровне температурниже 40 К и особенно ниже 5 К.
При определении холодопроизводительности какого-либо конкретного действительного цикла необходимовычислить изменение энтальпии рабочего тела в холодопроизводяшихпроцессах. Для наиболее часто используемых холодопроизводяших процессов изменение энтальпии находится следующим образом.Охлаждение при изменении агрегатного состояния тел. Изменение агрегатного состояния тела (плавление, кипение, сублимация) сопровождается поглощением значительного количества теплоты, расходуемой навнутреннюю работу по преодолению сил сцепления между молекулами.На практике для получения охлаждаюшего эффекта используют вещества (водный лед, аммиак, хладагенты КІ2, [122, [1502, углекислоту и т.д.),у которых процессы плавления, кипения и сублимации протекают принизкой температуре при нормальном атмосферном давлении.Фазовые превращения при изменении агрегатного состояния тел(плавление, кипение, сублимация) происходят при постоянных температурах и давлении, зависяших от физических свойств тел и условий перехода из одного состояния в другое.Плавление - переход тела из твердого состояния в жидкое при подводе кнему необходимого количества теплоты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
