- •Введение
- •1. Третье начало термодинамики
- •2. Методы достижения низких температур
- •2.1. Процессы, сопровождающиеся понижением температуры в адиабатных условиях
- •2.2. Изменение основных термодинамических величин при сжатии реального газа
- •2.3. Дросселирование
- •2.5. Равновесное адиабатное расширение газа
- •Выхлоп или свободный выпуск газа из баллона. Процесс впуска
- •2.7. Процессы в адиабатной системе с переменной маcсой
- •2.8. Расширение газа в адиабатной вихревой трубе ранка—хилша
- •2.9. Процессы волнового расширения газа
- •2.10. Откачка паров кипящей жидкости
- •2.11. Процессы охлаждения с использованием рабочей среды в твердом состоянии
- •2.12. Процессы охлаждения, основанные на использовании свойств 4He и 3He
- •2.13. Различные процессы охлаждения
- •3. Циклы криогенных установок
- •3.1. Цикл с однократным дросселированием
- •1. Цикл без регенерации
- •2. Цикл с регенерацией
- •3. Анализ энергетических характеристик цикла линде
- •3.2. Потери холода в циклах криогенных установок
- •3.3. Цикл с однократным дросселированием и промежуточным охлаждением
- •3.4. Детандерные циклы
- •3.5. Детандерный цикл среднего давления
- •3.6. Детандерный цикл высокого давления
- •3.7. Детандерный цикл низкого давления
- •3.8. Газовые криогенные циклы
- •4. Теоретические основы разделения смесей
- •4.1. Термодинамические диаграммы смесей
- •4.2. Теоретические основы процесса ректификации
- •4.3. Методы расчета процесса ректификации
- •Литература
2. Методы достижения низких температур
2.1. Процессы, сопровождающиеся понижением температуры в адиабатных условиях
Для непрерывного искусственного охлаждения реализуют разнообразные циклы криогенных установок. Любой цикл включает несколько процессов и, по крайней мере, один из них должен сопровождаться эффектом понижения температуры в адиабатных условиях или поглощения теплоты в изотермических условиях . Кроме этого, для организации циклов необходимы другие процессы: сжатия газов и паров; охлаждения сжатого рабочего тела и передачи теплоты сжатия в окружающую среду или какому-либо приемнику теплоты; передачи теплоты от охлаждаемого тела к рабочему телу в цикл; процессы конденсации, рекуперации холода и др. В результате процессов рекуперативного (или регенеративного) теплообмена обеспечивается достижение заданной низкой температуры.
Для любого цикла криогенной установки, непрерывно вырабатывающей холод, является принципиальным наличие в цикле процесса или совокупности процессов, обеспечивающих получение холода. Такие процессы назовем холодопроизводящими. Для низкотемпературных циклов с потоком рабочего тела холодопроизводящими процессами являются процессы внешнего взаимодействия (или энергетического разделения), в результате которых энтальпия потока рабочего тела (или его части) уменьшается. Без холодопроизводящих процессов невозможно осуществить непрерывное получение холода. Для одноразового охлаждения достаточно использование любых процессов (эффектов), сопровождающихся необходимым понижением температуры и реализуемых с запасами рабочих веществ .
Важно отметить, что процессы, сопровождающиеся понижением температуры, могут не быть холодопроизводящими процессами в циклах установок. Уменьшение энтальпии потока рабочего тела в цикле обеспечивают созданием условий для совершения потоком работы и передачи ее во внешнюю среду либо условий для передачи теплоты (в общем случае, энергии) от потока или его части внешним телам. При этом часть энергии рабочего тела передается в окружающую среду и его энтальпия (или энтальпия его части) уменьшается. К таким процессам относятся: процессы сжатия с одновременным или последующим охлаждением рабочего тела (в определенной области параметров состояния); процессы расширения газов с совершением внешней работы; волновые процессы расширения; процессы охлаждения дополнительными внешними источниками холода; процессы откачки паров; динамические процессы температурного расслоения, при которых происходит энергетическое разделение потока, и др. Именно эти процессы являются холодопроизводящими и обеспечивают генерацию холода в циклах. Холодопроизводительность цикла равна суммарному изменению энтальпии во всех холодопроизводящих процессах.
Ответственность холодопроизводящих процессов за генерацию холода не умаляет значения других процессов цикла, в частности, сопровождающихся в адиабатных условиях эффектом понижения температуры. Без них организация цикла также невозможна. Многие из этих процессов являются одновременно и холодопроизводящими, другие (например, процессы дросселирования, растворения), не являясь холодопроизводящими, обеспечивают необходимое изменение температуры рабочего тела.