- •Московский государственный университет информационных технологий, радиотехники и электроники
- •Институт высоких технологий
- •Москва - 2015
- •Введение
- •Общие методические указания
- •Инструкция по технике безопасности в лаборатории Общие требования безопасности
- •Требования безопасности во время занятий
- •Лабораторная работа № 1
- •Исследование эффективности методов
- •Разделения воздуха
- •История получения газов путем разделения воздуха
- •Теория воздухоразделения
- •1, 2-Ректификац. Колонны; 3 - конденсатор-испаритель
- •1. 2-Соотв. Нижняя и верхняя ректификац. Колонны, 3-дополнит, колонна, 4-конденсатор; б-блок выделения азота, где 1-ректификац. Колонна, 2 - конденсатор
- •Принцип разделения воздуха
- •Лабораторная работа №2
- •Опорожнения резервуара для хранения криогенных жидкостей
- •1. Цель работы
- •2. Конструкции цистерн для криогенных жидкостей
- •3. Принципиальная схема цистерны цтк- 1,6/0,25
- •4. Порядок работы
- •4.1. Наполнение цистерны
- •4.2. Опорожнение цистерны
- •5. Указание мер безопасности
- •6. Отчет по лабораторной работе
- •Лабораторная работа № 3
- •2. Схема стенда
- •3. Теоретические положения. Определение объема жидкости и поверхности контакта Сферический сосуд
- •Цилиндрический сосуд с эллиптическими днищами
- •4. Методика эксперимента
- •5. Обработка результатов эксперимента
- •12. Оформить протокол лабораторной работы. Протокол оформляется индивидуально каждым студентом. Протокол должен содержать пояснения выполняемых действий.
- •6. Приложения
- •Лабораторная работа №1 «исследование теоретического и действительного циклов газовой криогенной машины»
- •Общие теоретические| положения|
- •Принципиальная схема и цикл идеальной гкм
- •Цикл гкм с гармоническим движением поршней
- •2.Конструкция газовой криогенной машины
- •3. Ход работы
- •4. Обработка результатов измерений
- •Литература
Лабораторная работа №1 «исследование теоретического и действительного циклов газовой криогенной машины»
Общие теоретические| положения|
Развитие техники низких температур привело к появлению газовой криогенной машины (ГКМ), что есть в данное время одним из наиболее эффективных типов криогенных устройств. Построение рабочего цикла ГКМ основывается на использовании обычных для всех криогенных устройств процессов сжатия, теплообмена и расширение. При этом конструктивное выполнение ГКМ важное отличается от традиционных схем криогенных установок. Как правило, ГКМ представляет собой единый агрегат, который включает в себя все узлы и элементы замкнутого криогенного цикла. Вследствие этого ГКМ отличаются компактностью, сравнительной простотой и надежностью в работе при высокой термодинамической эффективности.
Наибольшее распространение к действительному времени получили ГКМ, в которых реализуется обратный цикл Стірлінга. Предложенный в 1816 г., этот цикл широко применялся в тепловых двигателях в ХІХ столетии. Возможность получения холода при использовании обратного цикла Стірлінга была высказана Д. Гершелем еще в 1834 г. Однако длительное время не удавалось получать с помощью таких машин довольно низких температур охлаждения. Лишь в 1954 г. обратный цикл Стірлінга был реализован в машине, использованной для ожижения воздуха.
В данное время ГКМ, которые работают по циклу Стірлінга, находят широкое применение в разных областях науки и техники. Малые габариты и вес, высокий энергетическая эффективность в широком интервале температур генерации холода (20…150К) являются основными преимуществами машин такого типа. Распространение получили установки жидкого азота с ГКМ как генератором холода. Промышленность освоила производство таких установок производительностью по жидкому азоту 7 дм3/ч (ЗІФ-702) и 10 дм3/ч (ЗІФ-1002).
Принципиальная схема и цикл идеальной гкм
Принципиальная ГКМ может быть представленная в виде цилиндра (рисунок 1) с поршнями П1 и П2, между которыми установленный регенератор А1. В правой части цилиндра расположенные холодильник А2, что обеспечивает отвод тепла и стабилизацию температуры при сжатии газа; полезная холодопродуктивність привстает в рефрижераторе А3, расположенному в левой части цилиндра.
В цикле осуществляются следующие процессы:
1-2 – изотермическое сжатие. Поршень П2 недвижимый, поршень П1 двигается влево, сжимая газ. Тепло сжатия Qc отводится в холодильнике А2 при Тс=const.
2-3 – изохорный теплообмен. Поршни П1 и П2 синхронно двигаются влево, перемещая газ в пустоту с температурой ТО. Давление газа вследствие снижения температуры уменьшается.
3-4 – изотермическое расширение. Поршень П1 недвижимый, поршень П2 продолжает двигаться влево. Газ расширяется при температуре ТО = const. В этом процессе к рефрижератору А3 привстает холодопродуктивність QE.
4-1 – изохорный теплообмен. Оба поршни синхронно перемещаются вправо в исходное положение, а газ перемещается в пустоту с температурой Тс (через генератор А2). Давление газа вследствие повышения температуры увеличиваются.
Изменение температуры газа при перемещении его с одной пустоты цилиндра в другую обеспечивается регенератором А2. В процессе (2-3) газ отдает тепло насадке регенератора, который нагревается; температура газа снижается при этом от ТС до ТО. В процессе (4 -1) газ охлаждает насадку регенератора, нагреваясь от ТО до ТС.
Рисунок 4.1. Криогенный цикл идеальной ГКМ:
а- диаграммы P-V и T-S; б- схема реализации.
При рассмотрении идеального цикла ГКМ предполагается, что все процессы термодинамічно оборотные, причем процессы сжатия и расширение - изотермические. Вследствие этого коэффициенты теплоотдачи между рабочим телом и стенками цилиндра принимаются бесконечно большими. Предполагается, что в процессах расширения и сжатия вся масса рабочего тела m находится в соответствующих пустотах (влияние свободных объемов не учитывается). Принято, что поршни двигаются прерывисто, а гидравлическое сопротивление при перемещении массы рабочего тела и механическое трение отсутствуют. Принимается идеальная регенерация теплая: это означает, что коэффициент теплоотдачи между рабочим телом и насадкой регенератора, а также теплоемкость и теплопроводность материала насадки есть бесконечно большими, а осевая теплопроводность по насадке регенератора отсутствующая. В конце концов, считается, что как рабочее тело используется идеальный газ.
Израсходованная в идеальном цикле работа определяется как разность работ изотермического сжатия газа в процессе (1-2) и изотермического расширения в процессе (3-4).
. (1.1)
а холодопродуктивність за один цикл будет эквивалентная работе изотермического расширения газа в процессе (3-4)
. (1.2)
Холодильный коэффициент идеального цикла
(1.3.)
отвечает холодильному коэффициенту цикла Карно, т.е. максимально возможном в интервале температур ТС и ТО.