БИЛЕТ 20

1) Характеристики процессов дросселирования для чистых веществ и смесей

Особенности для смесей и чистых в-в

При давлениях ниже критического изобары в двухфазной области (пар – жидкость) претерпевают излом и для чистых веществ в этой области изобары совпадают с изотермами, а для большинства смесей температура кипения не совпадает с температурой конденсации и изобара не совпадает с изотермой.

Рисунок 29. T-S диаграмма смеси.

Изохоры в T-S координатах не претерпевают излома в двуфазной области.

Рисунок 30. Изохоры в T-S диаграмме.

Понижение температуры при падении давления в процессе дросселирования является основной характеристикой дросселирования и называется дроссельэффектом.

Три типа дроссель эффекта:

1)Дифференциальный

2)Интегральный

3)Тепловой

Знак дроссель-эффекта определяется углом наклона изоэнтальпы с горизонтальной осью в T-S координатах.

При отрицательном угле наклона изоэнтальпы дроссель эффект положителен.

Рисунок 75. Кривая инверсии.

Нижняя температура и давление инверсии определяют точку пересечения линии инверсии и пограничной кривой.

Верхняя температура инверсии определяет предел, выше которого дроссель-эффект не может быть положительным. Аналогичные размышления относительно верхнего давления инверсии.

Верхнее давление инверсии в TS координатах, определяет изобару, имеющую одну точку касания с линией инверсии.

Значение верхней температуры инверсии для газов используемых в криогенной технике.

Для всех криогенных газов за исключением неона, водорода и гелия верхняя температура инверсии выше температуры окружающей среды, т.е. при изотермическом сжатии до давления меньше верхнего давления инверсии энтальпия сжатого газа будет уменьшаться, а для неона, водорода и гелия будет увеличиваться.

Поэтому реализация простейшего дроссельного цикла, состоящего из изотермического сжатия в компрессоре и подвода полезной нагрузки можно осуществить для всех газов, кроме неона, водорода и гелия.

Рисунок 76. Простой дроссельный цикл.

Рисунок 77. Простой дроссельный цикл для неона, водорода, гелия.

Для водорода, неона, гелия происходит повышение температуры в процессе дросселирование, если изотермическое сжатие в компрессоре осуществляется при температуре окружающей среды. Для того, чтобы понизить температуру в процессе дросселирования необходимо осуществлять изотермическое сжатие ниже верхней температуры инверсии.

Для практических целей используется интегральный дроссель

Рисунок 78. Интегральный дроссель-эффект

При одинаковых начальных и конечных давлениях и температуре разные вещества имеют различный интегральный дроссель-эффект.

Например, при температуре 300 К при дросселировании воздуха и его комонентов понижение температуры составляет несколько градусов.

При дросселировании метана более 10 градусов, фреоно – больше 20 градусов; поэтому при выборе вещества используемого в процессе дросселирования для понижения температуры необходимо выбирать наилучший исходя из начальных условий и конечного давления.

Необходимо учитывать состояние, при котором находится дросселированное вещество в конце процесса.

Область дросселирования вещества ограничивается снизу тройной точеой, т.е. в конце процесса дросселирования не должна появляться твёрдая фаза.

Рисунок 82. Зависимость интегрального дроссель-эффекта от рабочего вещества.

Тепловой эффект дросселирования.

Рисунок 84 Цикл простого дросселирования.

Рассмотрим процесс T=const сжатия в компрессоре 1-2, последующим дросселированием 2-1’, сопровождающимся понижением температуры, и последующим подводом внешней теплоты qx.

1’-1. Для того, чтобы T понизилась, необходимо, чтобы энтальпия газа в конце процесса T=const сжатия была меньше чем вначале сжатия.

Величина разности энтальпий в начале и конце сжатия называется тепловым эффектом дросселирования.

В холодильной технике эта величина называется холодопроизводительностью компрессора.

Зависимость теплового эффекта дросселирования от p и T полностью тождественно зависимости интегрального эффекта дросселирования для тех же величин.

Поэтому максимальное давление изотермического сжатия в компрессоре ограничено давлением инверсии при температуре изотермического сжатия.

Для воздуха и его компонента при изотермическом сжатии при T=300 К давление инверсии составляет примерно 400 атм, поэтому сжатие в компрессоре до больших давлений совместно в цикле с дросселированием нецелесообразно.