1. Чем отличается схема идеального цикла термостатирования от схемы обратимого цикла для охлаждения газов?
2. Выведите выражение для расчета минимальной работы обратимого цикла термостатирования, ожижения и охлаждения.
3. Каким образом осуществить обратимый цикл ожижения газов?
4. Почему расход энергии на ожижение газов в обратном цикле Карно больше, чем в идеальном цикле ожижения?
5. Запишите уравнение для расчета холодопроизводительности нижней ступени рефрижераторного цикла с детандером. Сопоставьте это уравнение с аналогичным для нижней ступени с дросселированием.
6. Проанализируйте выражение для определения холодопроизводительности различных ступеней охлаждения ожижительных и рефрижераторных циклов.
Литература: [1] гл. 6, § 6.1–6.4, § 6.6; [4] гл. 1, § 1–2 ; гл. II, § 5; гл. III, § 7–8; [5] § 3.4–3.5 или [2] гл. 6.
Современные криогенные установки предназначены для получения сжиженных криогенных газов или для криостатирования при низких температурах. Как правило, эти установки состоят из нескольких ступеней охлаждения. В этом заключается основная особенность криогенных ожижителей и рефрижераторов.
Начать изучение данного раздела необходимо с определения оптимальной температуры ожижения. В криогенной установке отвод теплоты осуществляется в несколько ступеней. Поэтому надо вывести выражение для зависимости расхода энергии от числа ступеней в ожижителе. В области ожижения водорода и гелия существенна зависимость работы от числа ступеней охлаждения. Для ожижения водорода, как правило, применяется две-три ступени, а для ожижения гелия – три-четыре.
В многоступенчатом цикле криогенной установки нельзя произвольно выбирать промежуточные температуры Ti включения ступеней охлаждения. Введение температурного уровня промежуточного охлаждения определяется с условием минимума потоков, направляемых во все детандеры.
Эта задача была впервые решена академиком П. Капицей для каскадного детандерного ожижительного цикла. Разберитесь, как применяются полученные результаты для рефрижераторных циклов и особенно для ступеней с дросселированием.
Перед началом расчета необходимо выбрать основные параметры цикла, допустимые потери, коэффициенты. Обоснуйте выбор давления прямого и обратного потоков газа в цикле, разности температур потоков на теплом конце теплообменника, притока теплоты из окружающей среды, гидравлических потерь и КПД машин.
Данная группа циклов относится к числу наиболее распространенных в криогенной технике. Это обстоятельство вызвано исключительно простотой и надежностью в работе дроссельного устройства, что в значительной мере компенсирует недостатки процесса дросселирования, обусловленные его высокой необратимостью.
Первым в этой группе является цикл с простым дросселированием. Подробное изучение и анализ цикла дает в дальнейшем возможность разобраться в более сложных циклах. Разбор данного цикла необходимо начать со схемы установки, работающей по этому циклу в рефрижераторном режиме, и с его изображения в s-T-диаграмме, после чего рассмотреть регенеративный принцип теплообмена, использованный при осуществлении цикла, и вывести выражения для удельной холодопроизводительности и расхода энергии в теоретическом случае. После этого цикл рассматривается с учетом потерь, которые имеют место в действительном случае. При рассмотрении ожижительного режима работы установки определяются удельный выход сжиженного криогенного продукта и расход энергии в теоретическом и действительном случаях.
Вторым в этой группе является цикл с предварительным охлаждением и дросселированием. В качестве источника промежуточного охлаждения сжатого газа может быть использована холодильная машина, газовая криогенная машина или сторонний криоагент. Так, например, для ожижения воздуха часто применяется холодильная машина, а для ожижения неона и водорода – жидкий азот. Включение в цикл источника предварительного охлаждения дает возможность повысить эффективность работы установки. Для ожижения гелия необходимо применять две или три ступени предварительного охлаждения (с температурами кипящего азота, водорода и водорода, кипящего под вакуумом).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.