БИЛЕТ 19
1) Термодинамический анализ наиболее распространенных рабочих процессов, сопровождающихся понижением температуры
Основные процессы, сопровождающиеся понижением температуры (наиболее распространенные).
1)Использование естественного холода (240 К – 300 К) – холода толщи почвы, холодной воды, льда, запасённого зимой или перевезённого с горных местностей;
2)Дросселирование (0,7 К – 300 К) – адиабатное расширение газов, паров и жидкостей, проходящих через гидравлическое сопротивление. Осуществляется в открытой системе и является неравновесным ( необратимым) процессом. Дросселирование описывается уравнением h=const;
Впроцессе дросселирования температура может как понижаться, так и повышаться. Это зависит от начального и конечного давления, начальной температуры и рода газа.
Используется в парокомпрессионных холодильных установках ( холодильник бытовой) и ожижителях.
Работа при дросселировании не совершается.
3) Детандирование – адиабатное расширение газа или пара с совершением внешней работы. В идеальном случае процесс квазиравновесен и описывается условием S=const
В области умеренного холода используется в воздушных турбохолодильных установках. В области низких температур – ожижение низкотемпературных газов, низкотемпературное разделение газовой смеси, и также в рефрижераторных установках, предназначенных для отвода теплоты из низкотемпературных камер.
Процесс детандеров реализуется с использованием объёмных и турбодетандеров.
4) Выхлоп – свободный выпуск сжатого газа из сосуда, является адиабатным расширением с совершением внешней работы против окружающей среды в неравновесных условиях, в начале процесса выхлоп идёт близко к изоэнтропному расширению S=const.
В областях умеренного холода 120 К -300 К используется редко.
В областях низкого холода 0,7 К – 120 К используется достаточно широко. Пример: машина Гиффорда – Макмагона и ожижитель Симона для получения жидкого гелия.
Дросселирование
Тепловой эффект дросселирования равен количеству теплоты, которое можно подвести к расширившемуся газу, чтобы привести его в первоначальное состояние перед сжатием в компрессоре.
= − |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Дифференциальный эффект |
|
|
|
|||||||||||||
= + |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
= + + |
|
|
|
= + |
||||||||||||
= − + + |
||||||||||||||||
= |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
− полный дифференциал |
|
|
|
|||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
По свойству полного дифференциала: |
|
|||||||||||||||
( ) = (− ) |
|
|
1 |
|
|
|||||||||||
− |
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
||||||
2 |
|
|
= − |
|
+ − 2 |
|
||||||||||
|
|
= |
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
= |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
( ) |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
= |
( ) |
− = |
( − ) |
|||||||||||||
|
|
= |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
= ( − )1 = [1]= ( − 1)
Детандирование
Рисунок= 1 −882. Изоэнтропноепл. "1′2аб12′"расширениепл. "12′ва.1"
Является обратимым процессом, в отличии от дросселирования, так как в начале и в конце процесса энтропия не меняется.
Также, как и дросселирование, изоэнтропическое расширение
характеризуется дифференциальным эффектом понижения температуры,
=
интегральным эффектом
∆ = нк = нк
Рисунок 89. Интегральный эффект детандирования.
В качестве теплового эффекта изоэнтропного расширения используется идеальная работа детандирования .
Выхлоп
Рисунок 98. Процесс выхлопа.
(изоэнтропныйα ) , а затем отклоняется от изоэнтропы
S н –dTconst – формула А.М. Архарова
αs = dp S
Рассмотрим термодинамическое описание процесса выхлопа.
uРисунок− u =99−.pСхема(V −выхлопаV ) .
к н к к н (работа совершается)
u = h − pV |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
(hк − pкVк) − (hк − Vнpн) = −pк(Vк − Vн) |
|
||||||||||||
(hк − hн) |
= pкVк − p?Vн |
− pкVк + pкVн |
|
|
|||||||||
hк − hн = pкVн |
− pнVн |
|
|
|
|
||||||||
cp(Tк − TнV)н= Vн(pк − pн) |
|
|
|||||||||||
Tк |
= Tн − cp |
(pн − pк) |
|
|
|
|
|||||||
Tк |
= Tн − Vнpн 1 − pк |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
RTн |
Vнpн |
= RTн |
|
|
||||
|
|
|
|
|
pк |
|
|
|
|
||||
Идеальныйcгазp : |
pн |
|
|
|
|
||||||||
Tк |
= Tн − |
|
cp |
1 − pн |
|
|
|
|
|||||
R = cp |
− cV |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
cp |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cV = R |
|
|
|
|
|
1 |
|
k − 1 |
|
|
|||
R |
|
cp − cV |
|
|
|
|
|
||||||
cp |
= |
|
cp |
|
|
= 1 − k |
= |
|
k |
k − 1 |
pк |
||
Tк = Tн − |
|
k − 1 |
|
|
|
pк |
|||||||
|
k |
Tн 1 − pн = Tн 1 − |
k |
1 − pн |
|||||||||
Сравнение температуры в процессе выхлопа и изоэнтропном расширении.
|
k − 1 |
pк |
|
Рисунок 100. Интегральный эффект выхлопа. |
|||
∆Tвых = Tн − Tк вых = |
k |
Tн 1 − p? |
|