- •6.3. Криосорбционные насосы 102
- •7. Системы подачи жидкости к потребителю 106
- •Предисловие
- •Введение
- •Основные этапы развития криогенной техники
- •Области использования криогенных сред
- •1Ракетно-космическая техника
- •2Авиационная техника
- •3Физика высоких энергий и энергетика
- •4Электроника
- •5Машиностроение
- •7Металлургия
- •8Криобиология и криомедицина
- •9Пищевая промышленность
- •10Повторное использование материалов
- •Свойства криогенных сред
- •3.1 Теплофизические свойства криогенных сред
- •4. Конструкционные материалы в криогенной технике
- •4.1 Теплофизические свойства материалов
- •4.2 Механические свойства материалов при криогенных температурах
- •4.3 Электрические свойства материалов при криогенных температурах
- •4.4 Явление сверхпроводимости
- •5. Криогенная тепловая изоляция
- •5.1 Пассивная изоляция
- •5.1.1 Газонаполненная теплоизоляция
- •5.1.1.1 Порошковая и волокнистая газонаполненная изоляция
- •5.1.2 Вакуумированная теплоизоляция
- •5.1.2.1 Порошково-вакуумная изоляция
- •5.1.2.2 Экранно-(слоисто-)вакуумная изоляция
- •5.2 Активная изоляция
- •Активная теплоизоляция «Бурана»
- •5.3 Показатели эффективности изоляции
- •5.4 Тепловые мосты
- •5.4.1 Расчет теплопритоков через термомосты
- •6. Особенности конструкций емкостей и баков для хранения криогенных жидкостей
- •6.1 Конструктивные схемы крупных хранилищ
- •6.2 Транспортные сосуды
- •6.2.1 Гелиевые резервуары
- •6.3. Криосорбционные насосы
- •6.4 Особенности измерения давления в емкости
- •7. Системы подачи жидкости к потребителю
- •Система наддува емкостей:
- •Система выдачи криожидкости.
- •Конструктивная схема баков для хранения криожидкостей
- •Способы крепления сосудов.
- •Способы крепления магистралей.
- •7.1 Особенности конструкций криогенных магистралей
- •Тепловые мосты;
- •Состав магистрали двигательной установки.
- •7.1.1 Трубопроводы
- •7.1.2 Температурные компенсаторы
- •7.1.3 Запорно-регулирующая арматура
- •7.1.3.1 Материалы, используемые при изготовлении уплотнений
- •7.1.3.2 Гидравлические потери
- •7.1.4 Фильтры
- •9.1.5 Насосы в криогенной технике
- •Лопаточные насосы
- •Электрогидродинамические насосы
- •7.2 Особенности течения криогенных жидкостей в трубах
- •7.3 Особенности течения криогенной жидкости с насосной системой подачи
- •7.4 Изменение параметров по длине расходных магистралей
- •118. Особенности эксплуатации криогенных систем
- •8.1 Особенности эксплуатации водородных систем
- •8.2 Процессы захолаживания криогенных систем
- •8.3 Способы захолаживания магистралей и баКов
- •Захолаживание жидкостью.
- •Захолаживание газом
- •Захолаживание паром.
- •Захолаживание с использованием циркуляционных систем.
- •8.4 Особенности течения двухфазных сред
- •9. Теплообмен при захолаживании криогенных систем
- •9.1 Структура парожидкостных потоков при захолаживании магистрали
- •9.1.1 Пленочное кипение
- •9.1.2 Пузырьковое кипение
- •9.3 Структура потока по длине магистрали при захолживании
- •Структура потока в магистрали.
- •9.3.1 Режимы течения парожидкостного потока при пузырьковом и переходном режимах пузырькового кипения.
- •9.4 Особенности захолаживания двигательных магистралей разгонных блоков
- •9.5 Интенсификация процессов захолаживания магистрали
- •9.6 Особенности захолаживания емкостей и баков
- •Способы захолаживания
- •Наполнение бака через магистраль заправки
- •Подача жидкости через верхнюю обечайку бака
- •10.7 Процессы в емкостях при хранении криогенных продуктов
- •10.8 Расчет процессов захолаживания
- •Оценка времени захолаживания при полном усвоении энтальпии потока
- •Захолаживание длинных магистралей
- •Захолаживание систем при конечных значениях коэффициента теплоотдачи
- •10. Охлаждение криогенных жидкостей
- •11 Системы термостатирования, охлаждения и ожижения
- •12. Охлаждение газа
- •12.1 Адиабатное расширение газа с совершением внешней работы
- •12.2 Использование эффекта Джоуля-Томпсона
- •13 Циклы криоожижителей и криорефрижераторов
- •13.1 Использование идеального обратимого цикла Карно для холодильной машины
- •13.2 Цикл Линде-Хэмпсона с простым дросселированием
- •13.3 Ожижение водорода простым методом дросселирования. Получение параводорода
- •13.4 Ожижитель Клода
- •13.5 Цикл Капицы
- •13.6 Обратный цикл Стирлинга
- •Литература
4Электроника
Системы криостатирования на жидком азоте и жидком гелии используются в датчиках ракет и спутников, в радиоастрономии для прослушивания далеких галактик и в системах дальней космической связи. Они обеспечивают функционирование мазеров - чувствительных микроволновых усилителей за счёт снижения температуры до уровня, когда тепловые колебания атомов элемента усилителя не изменяются при адсорбции и эмиссии микроволновой энергии.
Низкие криогенные температуры обеспечивают работу сверхпроводящих элементов SQUIDs в сверхчувствительных цифровых магнитометрах и вольтметрах.
5Машиностроение
Были созданы подшипники практически с нулевым трением, в которых магнитное поле обеспечивает гарантированный зазор на основе эффекта Мейснера, связанного со сверхпроводимостью.
Высокотемпературные сверхпроводники используются для создания компактных мощных судовых электродвигателей, гироскопов с чрезвычайно малым дрейфом, силовых кабелей и т.п..
Для достижения и поддержания явления сверхпроводимости используются системы криообеспечения на жидком гелии и жидком азоте.
Разработаны технологические процессы, увеличивающие предел текучести материала до 400…500 % после обработки жидким азотом.
6Химия
В сжиженном виде метан, водород, кислород и др. транспортируются на химкомбинаты и используются при производстве различных материалов.
7Металлургия
Кислород в больших объёмах, впервые, начал использоваться для выплавки стали. Для получения кислорода на металлургических предприятиях стали создаваться кислородные заводы.
8Криобиология и криомедицина
В криомедицине и криобиологии, в основном, используется жидкий азот.
Современные направления криомедицины:
криохирургия;
криотерапия;
криоконсервация крови, спермы, тканей, костного мозга и т. п.;
крионика.
Криохирургические методы имеют преимущества по сравнению с традиционными хирургическими методами (удаление опухолей, миндалин и т.п).
Широко используется криоконсервация крови, тканей, органов (в охлаждаемых жидким азотом контейнерах) используется для долговременного сохранения крови, тканей, костного мозга и спермы животных.
Методы криотерапии обеспечивают излечение органов дыхания и т. п..
9Пищевая промышленность
В пищевой промышленности, в основном, используется жидкий азот.
При замораживании продуктов в картонных упаковках они устанавливаются на ленту конвейера, который движется сквозь ванну с жидким азотом или охлаждаемый газообразным азотом тоннель. При первоначальном контакте с жидким азотом замораживаются все открытые поверхности, что обеспечивает сохранение вкуса и аромата продуктов. Криообработка занимает около 7 минут по сравнению с 30…40 минутами при обычных методах замораживания.
В специальных термостатах снабжённых системой криообеспечения на жидком азоте транспортируются скоропортящиеся ягоды (клубника и т. п.).
10Повторное использование материалов
Созданы высокоэкологичные заводы для утилизации резинотехнических изделий (автомобильных покрышек и т. п.). С этой целью используется метод низкотемпературного дробления «остекленевшей» в жидком азоте резины. Для специальных технологий используют этот метод и для пластмасс.
