- •Ибраев а.М.,Сагдеев а.А. Теоретическиеосновыхолодильнойтехники
- •Рецензенты:
- •Оглавление
- •Введение
- •Краткий исторический обзор
- •Классификацияхолодильнойтехники поуровнюдостигаемыхтемператур
- •Классификацияхолодильнойтехники породупотребляемой энергии
- •Классификацияхолодильныхмашинпоцели применения
- •1.Термодинамическиеосновыхолодильнойтехники1.1.Основныезаконыиположения
- •Основныетермодинамическиепринципыработыхолодильной машины
- •Дваспособапонижениятемпературы термодинамическоготела. Закон Нернста
- •Основныетеоретическиетермодинамическиепроцессы
- •Техническаяработакомпрессораирасширительной машины
- •2.Различныефизическиеявления,используемыедляполученияохлаждающегоэффекта
- •2.1.Использованиетеплотыфазовыхпереходоввеществ
- •Использованиетеплотыпроцессапарообразования
- •Температура,ºС
- •Использованиекипениясмесейвеществ
- •Использованиетеплотыплавления
- •Использованиетеплоты сублимации
- •Расширение порциигазаили газовогопотока
- •Изоэнтропноерасширениегаза
- •Дросселирование
- •Холодопроизводительность,обеспечиваемаяпроцессамирасширениягаза
- •Выхлоп газа
- •Вихревоерасширениега-
- •Холодильныемашины, использующиепроцессрасширениягаза
- •2.3.Термоэлектрическоеохлаждение
- •3.Термодинамическиециклы холодильныхмашин
- •Классификацияобратныхтермодинамическихциклов
- •Идеальныециклы холодильныхмашин
- •Обратимостьтермодинамическогопроцессаицикла
- •ЦиклКарно
- •ЦиклЛоренца
- •СравнениециклаЛоренцаициклаКарно
- •ЦиклЭриксона
- •ЦиклСтирлинга
- •ЦиклКлода
- •Произвольный идеальный цикл.Условиеобратимости циклахолодильной машины
- •.Теоретическиециклы
- •Теоретическиециклы парокомпрессионной холодильной машины
- •Теоретический циклЛоренца
- •Теоретический циклКлода
- •4.Рабочиевеществахолодильныхмашин
- •Холодильныеагенты парокомпрессионныххолодильныхмашин
- •Холодильныеагенты низкотемпературныхсистем
- •Некоторыеособенности свойствкриоагентов
Холодильныеагенты низкотемпературныхсистем
Холодильнымиагентаминизкотемпературныхсистемиликриоагентами,какправило,являютсягазы,имеющиенизкуютемпературукипенияпринор-мальномдавлении.Книмотносятся,впервуюочередь,воздухиегосоставля-ющие:азот,кислород,аргон,неон,криптониксенон.Кромеперечисленных,ккриоагентамотносятсяметан(природныйгаз),водородигелий.
Впоследнеевремявкачествекриоагентовнаходятприменениегазовыесмеси,включающиеазотилиаргонсдобавлениемнизкотемпературныххладо-новиуглеводородов предельногорядатипаR13,R14.
Дотемпературногоуровня70-80Кнаиболеечастоиспользуютсявоздух,метан,аргониазот,а такженеон, водородигелий.
Притемпературахот80до27Квкачестверабочихагентовможноисполь-зоватьнеон,водородигелий.Водородпозволяетполучитьтемпературыдо14К.Всмесисвоздухомводородвзрывоопасенитребуеттщательнойгерметиза-цииустановки.
Неонвотличиеотводорода-инертныйгаз,болееплотный,сбольшойтеплотойпарообразования.Онотносительнодорогиможетприменятьсятоль-ковнебольшихустановкахдотемпературы27К.
Криоагентом,пригоднымдляиспользованиявнизкотемпературныхустанов-кахвовсеминтервалетемператур,являетсягелий.Егоинертностьивысокаятеп-лопроводность,атакжеблизостьпосвойствамкидеальномугазуприТ>20К,обеспечиваетвозможностьширокогоиспользованиягелиявкриогеннойтехни-ке.Гелий4Heприменяетсявобластитемпературдо0,5К,авсмесис3Heдо0,001К.Основныесвойствакриоагентов приведенывтаблице4.1.
Основныесвойствакриоагентов
Таблица4.1
Вещества |
Молекулярнаямасса,М |
К=Ср/Сv |
Газоваяпостоян-наяR,Дж/(кгК) |
Теплоемкостьпри273 К и 0,1МПа, кДж/(кмольК) |
Плотность,при273К и 0,1МПа, кг/м3 |
Нормальнаятемпературакипения,ТsК |
ТемпературатройнойточкиТТТ,К |
Воздух |
29 |
1,4 |
287 |
29,1 |
1,29 |
78,8 |
|
АзотN2 |
28 |
1,4 |
297 |
29,3 |
1,25 |
77,36 |
36,15 |
КислородO2 |
32 |
1,4 |
259,7 |
25,5 |
1,43 |
90,19 |
54,36 |
АргонAr |
39,9 |
1,68 |
208 |
20,8 |
1,78 |
87,29 |
83,81 |
Водороднормальный (75%ортоводород)H2 |
2 |
1,41 |
4121 |
28,8 |
0,09 |
20,39 |
13,95 |
Гелий4He |
4 |
1,66 |
2078 |
21,1 |
0,18 |
4,21 |
1,78* |
Гелий3He |
3,02 |
|
|
|
0,13 |
3,19 |
15,97 |
КриптонKr |
83,8 |
1,67 |
100,3 |
21,0 |
3,74 |
119,75 |
161,36 |
КсенонXe |
131,3 |
1,70 |
63,8 |
20,9 |
5,85 |
165 |
24,56 |
НеонNe |
20,2 |
1,68 |
411,4 |
20,9 |
0,90 |
27,07 |
90,66 |
МетанCH4 |
16 |
1,31 |
522,9 |
35,7 |
0,72 |
111,67 |
|
Двуокисьуглерода CO2 |
44 |
1,3 |
189 |
37,6 |
1,98 |
|
|
*–Затвердеваниепри3МПа.