6.4.3. Ступень с расширением потока в дроссельном устройстве

На рис. 21 представлена схема ступени с дросселированием и происходящие в этой ступени процессы в диаграмме Т-s. Ступень с дросселированием обычно относится к ступени окончательного охлаждения; она замыкает цикл и создает полезный эффект на самом нижнем уровне температур Т_х = T_f. Поступающий при температуре Т₂ поток G_n (i = п) охлаждается в теплообменнике Т до температуры Т₃, дросселируется до состояния, соответствующего точке 4 (двухфазной области). В результате образуется смесь жидкости и пара (i_f - энтальпия жидкости, i_5’ - энтальпия пара). Полученная жидкость в количестве х отводится из установки. Таким образом, реализуется полезный эффект ожижительного цикла. Пар в состоянии 5' поступает в теплообменник T, где подогревается до температуры Т_1’ и выводится из ступени. Значения ∆T₁ и q_c соответствуют неполноте рекуперации теплоты в теплообменнике и теплопритоку из окружающей среды. Из уравнения энергетического баланса ступени: G_ni₂ + G_nq_c = xi_f + (G_n — x) i₁ с учетом формул (65) и (66) получим холодопроизводительность q_др, реализуемую при расширении потока в дросселе.

q_др = G_n ∆i_Tl = x (i_1’ - i_f) + G_n (c_p ∆T₁+ q_c) (70)

Изотермический эффект дросселирования ∆i_T1 при температуре входа в ступень T₁ = T₂ определяет холодопроизводительность, а правая часть формулы (70) - затраты холода.

а)	б)
Рис. 21. Процесс охлаждения в ступени с дросселированием: а) схема; б) диаграмма T-s

Контрольные вопросы и задания:

1. По каким признакам характеризуются криогенные циклы?

2. Как подразделяют криогенные циклы по назначению?

3. Что такое полная и полезная холодопроизводительность криогенного цикла?

4. Что характеризует коэффициент ожижения?

5. Как определяются затраты работы в криогенной системе?

6. Что такое термодинамический КПД и как он определяется?

7. Как определяется холодильный коэффициент криогенного цикла?

8. Что характеризует эксергетический КПД?

9. Как составляется энергетический баланс ступени охлаждения?

10. Что такое ступень охлаждения криогенного цикла?

11. Изобразите схему ступени внешнего охлаждения и её процессы в T-s координатах.

12. Как определяются основные характеристики ступени внешнего охлаждении?

13. Изобразите схему ступени с расширением потока в детандере и ее процессы в T-s координатах.

14. Как определяются основные характеристики ступени с расширением потока в детандере?

15. Изобразите схему ступени с расширением потока в дроссельном устройстве и ее процессы в T-s координатах.

16. Как определяются основные характеристики ступени с расширением потока в дроссельном устройстве?

7. Основные циклы низкотемпературных установок

7.1. Дроссельные циклы ожижения

Группа циклов, основанных на использовании процессов дросселирования, нашла наибольшее применение в криогенной технике. Это обстоятельство вызвано исключительной простотой и надежностью в работе дроссельного устройства, что в значительной мере компенсирует недостатки дросселирования, обусловленные его высокой необратимостью и, как следствие, низкой экономичностью.