109

Федеральное агентство по образованию

Кемеровский технологический институт

пищевой промышленности

И.А. Короткий Научные основы криологии

Учебное пособие

Для студентов вузов

Кемерово 2005

УДК 621.51/.59(075)

ББК 32.855я7

К68

Рецензенты:

Л.Л. Моисеев, д-р техн. наук, профессор кафедры

стационарных и транспортных машин

Кузбасского государственного технического университета;

Е.И. Харлампенков, канд. техн. наук, доцент кафедры

«Коммерция и маркетинг» Кемеровского института (филиала)

Российского государственного торгово-экономического университета

Рекомендовано редакционно-издательским советом

Кемеровского технологического института

пищевой промышленности

Короткий И.А.

К68 Научные основы криологии : учебное пособие / И.А. Короткий; Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. - Кемерово, 2005. - 104 с.

ISBN 5-89289-379-0

Приведены основы теории криогенной техники, методы расчета и анализа криогенных циклов, даны их энергетические характеристики, рассмотрены методы разделения газовых смесей, процессы ректификации, особенности теплообмена при температурах криогенного уровня, а также основные термины и определения.

Содержит контрольные вопросы для проверки качества усвоения теоретического материала.

Предназначено для студентов специальности 140504 «Холодильные, криогенные установки и кондиционирование» всех форм обучения.

УДК 621.51/.59(075)

ББК 32.855я7

ISBN 5-89289-379-0

Зав. редакцией И.Н. Журина

Редактор Н.В. Шишкина

Технический редактор Т.В. Васильева

Художественный редактор Л.П. Токарева

ЛР № 020524 от 02.06.97

Подписано в печать 30.12.05. Формат 60х84^1/16

Бумага типографская. Гарнитура Times

Уч.-изд.л. 6,5. Тираж 400 экз.

Заказ № 165

© КемТИПП, 2005

© И.А. Короткий, 2005

Предисловие

Целью преподавания курса «Научные основы криологии» является изучение студентами теоретических основ криогенной техники, рабочих процессов и термодинамических циклов, осуществление которых необходимо для достижения температур криогенного уровня, поддержания температур криогенного уровня и проведения технологических процессов с веществами и материалами, находящимися при криогенных температурах.

В результате изучения и усвоения дисциплины «Научные основы криологии» студент должен знать:

• базовые законы и понятия техники низких и сверхнизких температур;

• термодинамические процессы, осуществление которых позволяет получать низкие температуры заданного уровня;

• основные термодинамические циклы, предназначенные для получения низких и сверхнизких температур, проведения технологических процессов на заданном температурном уровне; а также области рационального применения различных термодинамических циклов.

Студент должен уметь:

• подобрать термодинамический цикл для получения температур криогенного уровня;

• произвести термодинамический расчет криогенного цикла;

• произвести технико-экономический анализ с целью выбора оптимального варианта криогенного цикла для конкретных условий его работы.

Введение

Под криогеникой понимают области холодильной техники и технологии, которые связаны с получением и использованием температур ниже 120 К. Таким образом, криогенная техника - это техника создания и применения наиболее низких температур, которые в естественных условиях Земли и околоземного пространства не наблюдаются.

Исключительно важное промышленное и научное значение криогеники объясняется следующим.

Во-первых, все больше увеличивается применение многими отраслями промышленности различных, так называемых промышленных газов: кислорода, азота, метана, аргона, водорода, гелия, неона, криптона и некоторых других. Эти газы, используемые как в жидком, так и в газообразном состоянии, имеют низкие температуры кипения, лежащие в области криогенных. Поэтому технология их получения, применения, транспортирования, хранения органически связана с криогеникой и составляет ее обширную область.

Во-вторых, при низких температурах уменьшается электрическое сопротивление и обнаруживаются такие свойства материи, как сверхпроводимость и сверхтекучесть. В настоящее время начинают широко использовать охлаждение до очень низких температур обмоток электрических машин и аппаратов и сверхпроводников в энергетике, приборостроении, на транспорте.

Третий фактор, объясняющий важнейшую роль криогеники, заключается в уменьшении энтропии при снижении температуры, т.е. в уменьшении внутренних «шумов», что обусловливает возможности практического использования этих явлении для дальней космической радиосвязи, в инфракрасной и лазерной технике. Кроме того, воздействие низких температур обнаруживает новые важные свойства на живые ткани и биоматериалы и открывает большие возможности для дальнейшего развития биологии, медицины и сельскохозяйственного производства.

Таким образом, криогенная техника, криофизика, криоэлектро-ника, криобиология и криомедицина - важнейшие составные части науки о холоде и его применении. Эта наука называется криологией.