Криофизика - Молекулярно-кинетическая теория  
  Испарение и
конденсация
Пленочное
кипение
Сверхтекучий
гелий
События и
мероприятия
Библиотека  


Испарение и конденсацияПленочное кипениеСверхтекучий гелийСобытия и мероприятияБиблиотека• История холода• Разделение газовых смесей• Оборудование гелиевого ожижителя Г-45• Криогенные трубопроводы БольцманиадаХейке Камерлинг-ОннесКриогениус


Оборудование гелиевого ожижителя Г-45

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Получение температур ниже температуры Тос окружающей среды, как известно, может быть осуществлено только с затратой работы. Поэтому охлаждение какого-либо тела до Т0 < Тос производится в конечном счете с использованием того или иного термодинамического цикла. Минимум работы, затрачиваемой на охлаждение, будет в тех случаях, когда для этих целей используются термодинамические обратимые циклы.

В качестве примера одного из таких циклов может служить обратный цикл Карно (рис. 1.1). Этот цикл состоит из 2-х изотерм (2-3, 4-1) и двух изоэнтроп (1-2-3-4).



Рис. 1.1. Принципиальная схема низкотемпературного цикла: а – схема установки; б - изображение в T-s диаграмме


Количество теплоты q0, отведенной от охлаждаемого объекта в таком цикле, соответствует площади 4'-1'-1-4-4'. При этом затрачивается работа l, равная площади 1-2-3-4.

Количество работы lуд, затрачиваемой для отвода единицы в обратном цикле Карно, определяется из уравнения



(1)

Как видно из уравнения (1), величина lуд резко возрастает по мере снижения температурного уровня, стремясь в пределе к бесконечности при Т0 >= 0. Уравнение (1) чаще используют в несколько ином виде


(2)

где τе - эксергетическая температурная функция. Выражением (2) определяется минимальная величина работы для отвода q0 теплоты с температурного уровня Т0. В реальном случае вследствие различного рода потерь величина lр >> l, определяемой по уравнению (2).

Применительно к ожижителям охлаждаемым объектом является само рабочее тело, используемое в цикле. При этом ожижение (рис. 1.2) можно условно разделить на 2 процесса: охлаждение рабочего тела до температуры конденсации (процесс 1-2) и конденсацию (2-3). В обоих процессах, естественно, от рабочего тела отводится определенное количество теплоты, причем в процессе 1-2 отвод теплоты осуществляется при переменной температуре Т; в процессе конденсации при постоянной ТS.



Рис. 1.2. Процесс ожижения газа в диаграмме Т-S

В соответствии с уравнением (2) величину работы, затрачиваемой на охлаждение газа от Тос до Т0, можно определить следующим образом:


(3)

Величину работы, затрачиваемой на конденсацию газа можно определить по уравнению


(4)

Тогда минимальная суммарная работа ожижения газа, имеющего исходную температуру Тос, будет равна


(5)

Реальная затрата работы существенно превышает , определяемую по уравнению (5). Для гелиевых ожижителей, например, величина больше примерно в 10 раз и составляет около 16-32 кВт·ч/кг(He).

Заметим, что гелий наиболее трудно конденсируемый газ из всех криоагентов, его критическая температура Ткр = 5,2K (Ркр = 0,225 МПа); а температура конденсации при атмосферном давлении (Р ~ 0,1 МПа) составляет 4,2K.

Схемы реальных установок для получения низких температур и, в частности, для ожижения газов существенно более сложные, чем изображенные на рис. 1.1. Это обусловлено рядом обстоятельств, которые рассмотрены ниже.



Следующая страница: 2.1. Принципиальная схема установки


    Главная   • Библиотека   • Оборудование гелиевого ожижителя Г-45   • 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ  

  Испарение и конденсация Пленочное кипение Сверхтекучий гелий События и мероприятия
Библиотека Больцманиада Камерлинг-Оннес Криогениус
 
  © Криофизика.рф 2006-2019.
Молекулярно-кинетическая теория. Научные публикации.
Испарение и конденсация. Плёночное кипение. Сверхтекучий гелий.
о проекте
условия использования
контакты
карта сайта