БИЛЕТ 21 |
|
] |
= ( ) [ К |
||
1) Зависимость ah от давления и температуры. |
||
|
Па |
|
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.
Уравнение= − дифференциального дроссель-эффекта.
= += + +
= − + + = += 1 −
− полный дифференциал |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
По свойству полного дифференциала: |
|
|
|
||||||||||||||||
( ) = |
(− |
) |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
− 2 |
= − |
|
|
+ − 2 |
|
|
|
||||||||||||
|
|
= |
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
= |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
= ( ) |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
= |
( ) |
− |
= |
( − ) |
|
||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
− ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
( |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
= |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
1 |
|
|
|
|
] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
= |
[ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
= |
( |
− 1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 0 |
||||
( − 1) = 0 => − 1 = 0; |
|
|
|
|
|||||||||||||||
Поэтому линия |
инверсии описывается уравнением |
|
|||||||||||||||||
Знак дифференциального дроссель-эффекта определяется прежде |
|||||||||||||||||||
всего коэффициентом объёмного расширения |
|
|
|||||||||||||||||
Для большинства газов |
|
|
|
(для воды для |
температур, близким к +4 |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Для идеального газа |
|
= 0 (всегда) |
|
|
|
||||||||||||||
градусов Цельсия |
коэффициент объёмного расширения отрицателен) |
||||||||||||||||||
|
|
|
> 0 |
|
|
|
|
|
|||||||||||
=
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
||||||
= |
= |
|
= |
|
(1 − 1) |
|
||||||||
|
|
= |
( − 1) |
= |
( 1 − 1) |
= |
= 0 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
2)Анализ процесса выхлопа – свободного выпуска газа из баллона постоянного объёма. Уравнение процесса выхлопа. Изменение температуры и энтальпии в процессе выхлопа. Способы реализации этого процесса.
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.
( )н – const – формула А.М. Архарова; =
Газ в процессе расширения совершает внешнюю работу против окружающей среды, поэтому конечное давление выхлопа равно давлению окружающей среды.
Поскольку процесс адиабатный, то записываем первое начало
|
|
|
термодинамики для закрытой системы. |
Получаем, что изменение внутренней энергии газа равно |
|||
совершенной работе. |
|
||
к − н = −к( к |
− н) |
(работа совершается) |
|
= − |
|
− н н) = −к( к − н) |
|
( к − к к) − ( к |
|||
( к − н) = к |
к − ? н |
− к к + к н |
|
к − н = к н |
− н н |
|
|
( к − н)н= н |
( к − н) |
||
к = н − |
( н |
− к) |
|
к = н − |
н н |
|
к |
|
1 − н |
||
Использование выхлопа в качестве основного холодопроизводящего процесса реализовано в машине Мак-Магона – Гиффорда.
Рисунок 101. Машина Гиффорда-Макмагона.
−газ изотермически сжимается в компрессоре
−поступает в ресивер
−через открытый клапан охлаждается в регенераторе
−расширяется путём выхлопа в расширительной части с подводом полезной тепловой нагрузки
−под действием циклического движения поршня расширившийся газ после подвода проходит через регенератор, охлаждая его и проходя через открытый второй клапан при закрытом первом, поступает во второй ресивер и из него на всасывание в компрессор
3)Рефрижераторный цикл дросселирования с предварительным охлаждением. Схема, изображение на TS диаграмме. Последовательность расчёта. Основные характеристики.
Рефрижераторный режим.
В данном цикле первым основнымхолодопроизводительным процессом является охлаждение сжатого газа в ванне с кипящей внешне криогенной
жидкостью, либо отвод теплоты при < о.с. внешним источником "холода"
– парокомпрессионные машины, либо газовые холодильные машины.
Вторым холодопроизводительным процессом может быть изотермическое сжатие в компрессоре ниже линии инверсии.
Данный цикл может быть использован для трёх веществ - Ne, H2, He. В том случае, если T уровень предварительного охлаждения ниже температуры инверсии для давления сжатия рабочего тела.
Рисунок 133. Рефрижератор.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Условно разделяем |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
низкотемпературную |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
часть установки на две |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
части – верхнюю и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нижнюю. В каждой части |
||
о.с. |
|
о.с. |
|
о.с. |
о.с. |
|
|
|
|
|
|
|
есть свой теплоприток |
||
и |
( |
обычно, вследствие более хорошейтеплоизоляции). |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
нн и |
нв ( |
|
нв |
нн обычно). |
|
||||
Задаёмся разной недорекуперацией |
|
|
|
||||||||||||
Для определения полезной |
холодопроизводительности |
|
|||||||||||||
|
|
∆ |
∆ |
∆ > ∆ записываем |
|||||||||||
уравнение теплового баланса нижней части установки. |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
+ он.с. + = 7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= ( 7 − 3) − он.с. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
− 3 = ( −3′(−3′ 3−) 7) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= ∆Т3 |
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
(1) |
(полезная |
холодопроизводительность) |
|||||
= ∆Т3 |
− 7∆нн − он.с. |
|
− ∆ |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Поскольку с понижением температуры тепловой эффект дросселирования увеличивается, его полезная холодопроизводительность в цикле с предварительным охлаждением будет больше, чем в цикле простого дросселирования.
Определим величину теплоты предварительного охлаждения из уравнения теплового баланса верхней части установки.
Ступень |
|
|
предварительного |
+ |
|
охлаждения. |
||
|
п.о. – |
|
1 + 7 +( о.с. = 3 |
||
предварительное |
|
|
8 + п.о. |
|
|
охлаждение) |
|
|
п.о. |
8 |
|
|
7 |
|
3 |
Т1 |
|
8 |
|
1 |
о.с. |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
8 |
н6 |
|
(2) |
|
|
||||
Из (1) в (2): |
|
|
− |
|
∆ |
|
|
|
|
||||||
|
|
− |
|
= ∆ |
|
|
нв |
|
нн |
ов.с. |
|||||
п.о. |
|
|
|
Т3 |
|
|
Т1 |
|
8 |
7 |
|||||
Теплота предварительного охлаждения затрачивается на: |
|||||||||||||||
|
|
|
= |
(∆ |
|
− ∆ |
|
) + |
∆ |
− |
∆ |
+ |
|||
4)увеличение теплового эффекта дросселирования с температурного уровня изотермического сжатия в компрессоре до температурного уровня предварительного охлаждения;
5)частичную компенсацию потерь вследствие недорекуперации температуры обратного потока на тёплом конце теплообменника;
6)компенсацию теплопритока из окружающей среды к верхней части установки;
Затрачиваемая работа в цикле состоит из 2-ух частей: |
||
3) |
работа сжатия компрессора; |
п.о. |
4) |
работа, необходимая для получения |
|
п.о. = п1.о. ; п.о. = п.о. ∙ п.о. |
|
|
Поскольку холодильный коэффициент п.о. |
достаточно высок, то работа, |
|
затрачиваемая на получение "холода" предварительного охлаждения, будет |
невелика по сравнению с работой сжатия в компрессоре. |
= ; Т = к ; к = 1−5 5 |
Последовательность: после холодроизводительности= ∆ − ∆ считаем, работу = из изотермического сжатия 
из 
, затем работу сжатия
сж из
, после холодильный коэф (эпсилон), затем холод.коэф. цикла Карно (эпсилон к), после степень термодинамического совершенства (эттаT).