98.Какими свойствами должны обладать хладагенты?

Ответ: Экономичность работы холодильной машины, ее размеры и устройство во многом зависят от вида рабочего вещества, циркулирующего в ее контуре. Это вещество или, как его принято называть, холодильный агент, или хладагент, совершает в холодильной машине обратный круговой процесс, в результате которого теплота от охлаждаемого тела передается в окружающую среду.

Вещества, применяемые в качестве хладагентов, должны соответствовать необходимым термодинамическим, физико-химическим и другим требованиям. К термодинамическим требованиям относят низкую нормальную температуру кипения хладагента, что дает возможность избе­жать вакуума в испарителе, сравнительно низкое давление конденсации, что позволяет облегчить конструкцию машины, высокие значения теплоты парообразования и объемной холодопроиз­водительности. Температура замерзания должна быть значительно ниже рабочей температуры кипения, с тем, чтобы исключить возможность замерзания хладагента в испарителе; критическая температура должна быть достаточно высокой, чтобы можно было осуществить процесс сжижения при температуре окружающей среды и обеспечить более экономичную работу машины. К физико-химическим требованиям относят небольшие величины плотности и вязкости, что способствует снижению сопротивления движению хладагента по системе и, следовательно, уменьшению потерь давления. Коэффициенты теплопроводности и теплоотдачи должны быть максимально большими, так как при этом улучшается работа теплообменных аппаратов (испарителя и конденсатора).Растворимость хладагента в масле создает благоприятные условия для смазки компрессора, так как масло в смеси с холодильным агентом проникает в труднодоступные места. С другой стороны, если хладагент не растворяется в масле, то из цилиндра компрессора уносится меньше масла, не изменяется температура кипения при постоянном давлении, в то время как для растворимого в масле хладагента температура кипения зависит от его концентрации в смеси. Однако масло, попадающее с нерастворимым агентом в теплообменные аппараты, оседает на поверхности и ухудшает теплопередачу. Плохая растворимость хладагента в воде является отрицательным свойством. При попадании влаги в систему она может замерзнуть и нарушить циркуляцию хладагента. Хладагент должен быть химически инертным по отношению к металлам и другим материалам, которые применяют в машине. Отрицательным свойством хладагента является большая текучесть, т.е. способность проникать через мельчайшие щели и даже поры в металле. Поскольку норма зарядки бытовой системы хладагентом строго дозирована, утечка его при эксплуатации агрегата не должна превышать 2... 5 г в год.

99. Какими способами получают сжиженные газы?

Ответ: Первый метод сжижения газа связан с использованием эффекта Джоуля - Томсона. Видоизменение опыта по расширению газа, предложенное Джоулем и Томсоном, позволяет достичь заметного изменения температуры газа, в частности охлаждения, обусловленного его не идеальностью, так как расширение идеального газа в пустоту не сопровождается изменением его температуры. Газ при достаточно большом, но постоянном давлении вынуждают протекать через теплоизолированную пористую перегородку. Это значит, что протекание газа происходит адиабатно. Гидродинамическое сопротивление перегородки приводит к тому, что на ней теряется часть давления газа и газ выходит из перегородки при более низком давлении. Газ расширяется или дросселируется. Дросселем называется любое устройство, представляющее сопротивление для протекания газа. Для того, чтобы течение газа было стационарным, то есть происходило при постоянных значениях давлений по обе стороны дросселя, необходим какой-либо насос (компрессор), который поддерживал бы постоянными эти давления. Этот компрессор производит внешнюю работу сжатия газа. Этим процесс дросселирования отличается от расширения газа в пустоту, при котором внешняя работа равна нулю. Явление изменения температуры газа при его адиабатном расширении дросселированием от одного постоянного давления к другому называется эффектом Джоуля - Томсона. Изменение температуры неидеального газа в процессе Джоуля - Томсона объясняется тем, что при расширении газа увеличивается расстояние между молекулами и, следовательно, совершается внутренняя работа против сил взаимодействия между молекулами. За счёт этой работы изменяется кинетическая энергия молекул, а, следовательно, и температура газа. В идеальном газе, где силы взаимодействия молекул равны нулю, эффекта Джоуля - Томсона нет.

Второй метод сжижения газов называется методом Клода, он основан на методе адиабатного расширения в детандерах. Рассмотрим его принципиальное отличие от метода Линде.

При дросселировании газа охлаждение достигается за счёт внутренней работы, совершаемой газом против сил притяжения между молекулами. Как известно, охлаждение газа происходит и в том случае, когда он адиабатно расширяется, совершая внешнюю работу. Газ, расширяясь и совершая при этом работу, уменьшает свою внутреннюю энергию, а значит, и температуру. Это в равной мере относится и к идеальному, и к реальному газам. Причиной охлаждения газа при совершении им внешней работы является уменьшение скоростей молекул при их ударах об удаляющийся от них поршень, которому они передают часть своей кинетической энергии. Охлаждение при адиабатном расширении с совершением внешней работы должно быть более эффективным, чем при дросселировании, так как адиабатное расширение - процесс обратимый, в то время как эффект Джоуля - Томсона - процесс необратимый. А, как известно, обратимость процессов в машине обеспечивает большой коэффициент полезного действия. Часть, в которой происходит расширение газа, называется детандером.

По сравнению с методом адиабатического охлаждения метод, основанный на эффекте Джоуля - Томсона, обладает большей простотой. В нём не возникает проблемы смазки, поскольку используемая аппаратура не содержит никаких подвижных частей, работающих при низких температурах. Однако за эту простоту приходиться платить огромной потерей эффективности охлаждения и необходимостью работать при высоких давлениях с использованием больших количеств газа. Охлаждение, которое можно получить адиабатическим расширением, обычно много больше того, что даёт эффект Джоуля - Томсона. Но при этом встречаются существенные трудности, связанные со смазкой подвижных узлов: при низких температурах масло замерзает. Например, Клод применял прокладки из сухой обезжиренной кожи. Роль смазки играл сам воздух, просачивающийся в небольшом количестве между уплотнением поршня и стенками цилиндра