БИЛЕТ 17

1)Возможности использования процессов, сопровождающихся понижением температуры в адиабатных условиях, для организации низкотемпературных циклов в разных диапазонах

требуемых температур.

1)Использование естественного холода (240 К – 300 К) – холода толщи почвы, холодной воды, льда, запасённого зимой или перевезённого с горных местностей;

2)Дросселирование (0,7 К – 300 К) – адиабатное расширение газов, паров и жидкостей, проходящих через гидравлическое сопротивление. Осуществляется в открытой системе и является неравновесным ( необратимым) процессом. Дросселирование описывается уравнением h=const;

Впроцессе дросселирования температура может как понижаться, так и повышаться. Это зависит от начального и конечного 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 с совершением внешней работы. В идеальном случае процесс квазиравновесен и описывается условием S=const

Вобласти умеренного холода используется в воздушных турбохолодильных установках. В области низких температур – ожижение низкотемпературных газов, низкотемпературное разделение газовой смеси, и также в рефрижераторных установках, предназначенных для отвода теплоты из низкотемпературных камер.

Процесс детандеров реализуется с использованием объёмных и турбодетандеров.

4)Выхлоп – свободный выпуск сжатого газа из сосуда, является адиабатным расширением с совершением внешней работы против окружающей среды в неравновесных условиях, в начале процесса выхлоп идёт близко к изоэнтропному расширению

S=const.

Вобластях умеренного холода 120 К -300 К используется редко.

Вобластях низкого холода 0,7 К – 120 К используется достаточно широко. Пример: машина Гиффорда – Макмагона и ожижитель Симона для получения жидкого гелия.

5)Адиабатное расширение газа при его перетекании из одного объёма в другой, т.е. процесс расширения при котором внутренняя энергия остаётся постоянной.

6)Адиабатная откачка паров кипящей жидкости. В результате испарения части жидкости происходит охлаждение оставшейся части. Используется в некоторых установках умеренного холода и во многих установках глубокого холода для получения температур ниже равновесной температуры жидкости при нормальном давлении.

7)Адиабатная десорбция газа с поверхности адсорбата.

Используется в установках умеренного и глубокого холода ( теплоиспользующие компрессорные машины)

8)Адиабатное дегидрирование интерметаллических соединений на основе редкоземельных металов (на основе лантана)

Используется теплота десорбции водорода при его удалении из гидридообразующего соединения. Используется в установках умеренного и глубокого холода (гидридные компрессоры для сжатия водорода)

9)Адиабатное сжатие смеси твёрдого и жидкого гелия-3 при температуре менее 0,3 К. При этом происходит понижение температуры за счёт перехода гелия из жидкого в твёрдое состояние ( эффект Померанчука)

10)Адиабатное размагничивание парамагнитных материалов,

теплоёмкость которых зависит от величины внешнего магнитного поля. Используют соли или чистые кристаллы редкоземельных металлов (например гадолиния)

Используется во всём диапазоне температур, но только для отдельных установок. Нет широкого применения.

11)Адиабатное размагничивание ядер. Используется для получения сверхнизких температур порядка 10-8 К.

2)Типы низкотемпературных циклов.

Классификация криогенных циклов может быть осуществлена по различным признакам обычно разделяют по двум признакам:

-по назначению

-по типу расширительного устройства или способу получения холода

Классификация по назначению

1)Рефрижераторные циклы – для получения «холода», т.е. осуществление термостабилизации охлаждаемого объекта и его

первоначального охлаждения (холодильник) В таких циклах используются замкнутые круговые процессы.

2)Ожижительные циклы – для получения жидких криопродуктов, которые выводятся из криогенной системы.

Практически, это не циклы, а разомкнутые совокупности процессов, поскольку вещество вводится и выводится из системы.

3)Газоразделительные циклы – разомкнутая система, в которую вводится газообразное вещество, а выводятся газообразные и/или жидкостные потоки.

4)Комбинированные циклы.

Классификация по типу расширяющихся устройств

1)Дроссельные циклы – основной процесс адиабатного расширения осуществляется в дросселе. Обычно дроссельные циклы используются для криогенных установок малой производительности и для большинства холодильных установок любой производительности.

2)Детандерные циклы – используются в криогенных установках крупной и средней производительности, а также в турбохолодильниках, работающих на воздухе.

3)Циклы с внешним (промежуточным) охлажденим. В них дополнительная теплота отводится из цикла при температуре ниже температуры окружающей среды внешним источником «холода» (холодильные машины или ввод внешней криогенной испаряющейся жидкости) Обычно используются для криогенных установок крупной и средней производительности.

4)Комбинированные циклы.

Исторически циклы классифицируются по виду криоагента, используемого в циклах

•фреоновый

•аммиачный

•воздушный

•кислородный

•неоновый

•водородный

•гелиевый Также циклы можно характеризовать по состоянию рабочих

веществ, используемых в низкотемпературных циклах

•газовые

•жидкостные

•твёрдотельные

3)Цикл парокомпрессионной холодильной машины и сравнение его с воздушным циклом простого дросселирования. Основные характеристики.

Рисунок 122. Парокомпрессионный цикл.

Цикл называется парокомпрессионным, так как на всасывание компрессору подаётся пар рабочего вещества.

			равная теплоте, подводимой к							х = 4 − 3 = 4 − 2
Основными характеристиками данного цикла являются:
		1. Полезная холодопроизводительность
		= –=				−			испарителю машины.
	сж	2. сж – работа сжатия в компрессоре
					1		4
= сжх					лодильный коэффициент
кДж "холода"
	кДж работы
		3. Степень термодинамического совершенства
		= к			к	– определяется Tконденсации и T испарения
								х	н
							к =	− х	= к −	н

•их различие в том что в простом дросселировании сжатие выше критической температуры

•а в парокомпрессионном ниже