Studopediya

КАТЕГОРИЯ:


Астрономия- (809) Биология- (7483) Биотехнологии- (1457) Военное дело- (14632) Высокие технологии- (1363) География- (913) Геология- (1438) Государство- (451) Демография- (1065) Дом- (47672) Журналистика и СМИ- (912) Изобретательство- (14524) Иностранные языки- (4268) Информатика- (17799) Искусство- (1338) История- (13644) Компьютеры- (11121) Косметика- (55) Кулинария- (373) Культура- (8427) Лингвистика- (374) Литература- (1642) Маркетинг- (23702) Математика- (16968) Машиностроение- (1700) Медицина- (12668) Менеджмент- (24684) Механика- (15423) Науковедение- (506) Образование- (11852) Охрана труда- (3308) Педагогика- (5571) Полиграфия- (1312) Политика- (7869) Право- (5454) Приборостроение- (1369) Программирование- (2801) Производство- (97182) Промышленность- (8706) Психология- (18388) Религия- (3217) Связь- (10668) Сельское хозяйство- (299) Социология- (6455) Спорт- (42831) Строительство- (4793) Торговля- (5050) Транспорт- (2929) Туризм- (1568) Физика- (3942) Философия- (17015) Финансы- (26596) Химия- (22929) Экология- (12095) Экономика- (9961) Электроника- (8441) Электротехника- (4623) Энергетика- (12629) Юриспруденция- (1492) Ядерная техника- (1748) Arhitektura- (3434) Astronomiya- (809) Biologiya- (7483) Biotehnologii- (1457) Военни бизнесмен (14632) Висока technologies- (1363) Geografiya- (913) Geologiya- (1438) на държавата (451) Demografiya- ( 1065) Къща- (47672) журналистика и смирен (912) Izobretatelstvo- (14524) външен >(4268) Informatika- (17799) Iskusstvo- (1338) историята е (13644) Компютри- (11,121) Kosmetika- (55) Kulinariya- (373) културата е (8427) Lingvistika- (374) Literatura- (1642) маркетинг-(23702) математиците на (16968) Механична инженерно (1700) медицина-(12668) Management- (24684) Mehanika- (15423) Naukovedenie- (506) образователна (11852) truda- сигурност (3308) Pedagogika- (5571) Poligrafiya- (1312) Politika- (7869) Лево- (5454) Priborostroenie- (1369) Programmirovanie- (2801) производствено (97 182 ) индустрия- (8706) Psihologiya- (18388) Religiya- (3217) Svyaz (10668) Agriculture- (299) Sotsiologiya- (6455) на (42831) спортист строително (4793) Torgovlya- (5050) транспорт ( 2929) Turizm- (1568) физик (3942) Filosofiya- (17015) Finansy- (26596) химия (22929) Ekologiya- (12095) Ekonomika- (9961) Electronics- (8441) Elektrotehnika- (4623) Мощност инженерно ( 12629) Yurisprudentsiya- (1492) ядрена technics- (1748)

Физични принципи на получаването на ниски температури

Обхватът на ниски температури, използвани в различни сектори на икономиката, е много широк - от стайна температура до температури близки до абсолютната нула. Поради това е условно разделена на региона на умерено (до 200 К, ниско (120 К) и криогенна (под 120 К) температура. В хранителната промишленост, обикновено в момента се използва при ниски температури, -45 ... -40 ° С и по-горе.

За ниски температури с помощта на физични процеси, които са придружени от усвояване на намаление на топлина и температура. Такива процеси могат да бъдат няколко фазови преходи вещество (топене, точка на кипене, сублимация), на адиабатно разширяване на газа от връщането на полезно външна работа, дроселиране (Джаул-Томсън), вихров ефект (Ranque ефект), за термоелектрически ефект (Пелтие ефект) и някои други , Ние считаме, че това по-подробно.

Фиг. 1.1

Фазови преходи вещества. Всички вещества, в зависимост от състоянието на параметрите, в които те се намират, могат да останат в три състояния: твърдо, течно и газообразно (тук и в бъдеще няма да се помисли за четвъртото състояние на материята - плазма). Преместването вещество от едно състояние в друго, се нарича фазов преход. Всички фазовите преходи са придружени от съответните топлинни ефекти. (. Фигура 1.1) По този начин, метод 1, 2 се нарича синтез, 3, 4 - на кипене (изпаряване), 5, 6 - сублимация (сублимиране). Тези процеси са съпроводени с доставка на топлинна енергия на веществото на топене, кипене и сублимацията, съответно. За осъществяване на процесите на противоположната посока - втвърдяване, кондензация, кристализация на веществото трябва да вземе същото количество топлина.

Тези процеси на фазовите преходи се използват на практика за целите на охлаждане (т.нар machineless охлаждане).

Известно е, че за охлаждане и изпълнение търговия риба широко използван малогабаритна воден лед, за локално охлаждане насинена област на тялото в медицински цели, например, изпаряване на етилов етер, с сладоледа ниска температура се поддържа с помощта на сублимация на твърдо въглероден диоксид ( "сух лед") ,

Важно е да се помни, че съгласно правило съпътстващ Гибс фаза, фазови преходи отделните съединения се случват, когато две постоянни държавни параметри - температура (T) и налягане (P) (например, вряща вода при нормално атмосферно налягане се извършва при температура от 100 ° C, и ако промяна на налягането, и промяната на температурата на кипене). Следователно, преходи фаза, използвайки едно вещество може да получи определена постоянна интервал, и избора на материал, който притежава желаните свойства - всички на температурите. Този факт се използва широко в хладилни пара.



Адиабатно разширяване на газа. Ако определено количество газ за първоначалното параметри Т 1, стр 1, правят адиабатно разширяване на по всяко разширяване машина - разширител (например, един цилиндър с подвижно бутало) на държавната T 2, стр 2, след т 2 винаги ще бъде по-ниска от температурата Т 1. Този процес е удобно да се помисли за по-T, S-диаграма (фиг. 1.2). Ако температурата се приема равна на Т1 температурата на околната среда (практически е лесно да се постигне), температурният газ Т 2 ще бъде охлаждане на тялото, чрез което е възможно, например, да се охлади храната. Капацитетът на охлаждане на такъв газ на един килограм (наричаме го медийното специфичен капацитет на охлаждане) в T, S-диаграма, и е пропорционално на площта, 2, 3, стр. Важно е да се отбележи, че в получения 1,2 и полезна работа на разширение, което може, например, да компенсира отчасти разходите за труд става при получаване на компресор кола газово налягане Р 1. Количествено, този метод за получаване на ниски температури характеризират с коефициент на адиабатно разширение на S = (¶T / ¶P) S.

Фиг. 1.2

с размер S зависи от индивидуалните свойства на използвания газ. Смятан метод за производство на ниски температури намери практическо приложение в газ (въздух) хладилни при получаване на умерени и ниски температури.

Дроселиране (Ефект на Джаул-Томсън). Дроселиране нарича необратимо разширяване на газ (течност), преминаваща през устройството с малък отвор (газта). Процесът протича бързо, следователно няма почти никакво топлообмен с околната среда. Вътрешната енергия на потока не консумира. Поради тази причина, ние вярваме, че Дроселирането се извършва при постоянна енталпия (I = конст).

Дроселиращ газа при високи температури (над температурата на инверсия) може да доведе до повишаване на температурата. дроселен течност винаги води до намаляване на температурата. Този процес е необратим, следователно, по-точно казано, не могат да бъдат представени в който и да е термодинамична диаграма. Въпреки това, често е пренебрегван и конвенционално изобразен в класациите процес дроселиране пунктирана линия. Фиг. 1.2 пунктирана линия 1, 2 "изобразява процеса дроселиране газ от налягане P 1 до P 2. Като всеки необратим процес, тя протича с увеличаване на ентропията, и се характеризира с ограничени параметри както в точка 2 ".

Количествено, ефективността на получаване на ниски температури, характеризиращи се с дроселиране величината на ефекта на диференциала газта а аз = (¶T / ¶P) аз. Тази стойност зависи и от термодинамичните свойства на веществата дроселирани.

Интересно е да се сравни показателите за успешно представяне на получаване на ниски температури и по-ите аз един. Чрез намаляване на обхвата на налягането между 1 и 2, и се движат от частични функции на S и аз да си стъпки, то е лесно да се забележи, че в същото P стойността D на D т в S = конст-голяма от D тон в I = конст (фиг. 1.2 показва, че продължителността на Т1, Т2 е по-голям от Т интервал 1, Т2). Следователно (¶T / ¶R) ите> (¶T / ¶R) аз, т.е. дроселиране е по-малко ефективен от адиабатно разширяване. И когато смятате, че по време на адиабатно разширение на допълнително и все още се полезно разширение работа, става ясно, че адиабатно разширение в подготовката на ниска температура теоретично по-предпочитан в сравнение с дроселиране. Въпреки това, в инженерната практика дроселиране намери най-широко разпространена, тъй като го реализира на практика много по-лесно. Дроселиране се използва широко в пара компресия охлаждащи устройства.

Vortex ефект. През 1939 г. френският инженер Място патентована просто устройство, с което е било възможно да се получат ниски температури. Това устройство се нарича "Ranque тръба" (фиг. 1.3).

Фиг. 1.3. Tube Място: 1 - в случай на тръбата; 2 - tangensialno ориентирана дупка; 3 - бленда

газ с високо налягане
ция 1 P подава през tangensialno ориентирани спрямо тръбата на корпуса 2. отвор 1 се образува вихър тръба, която всички молекули имат същия ъгъл, но различни линейни скорости. В резултат на това в една вихрушка от енергия преразпределение случва: периферните слоеве на газ се отопляват и централни - преохлажда. С шайбата на газта 3 от тези части са разделени газ в резултат от лявата страна на студен газ, изпуснати тръби, и от дясно - горещо.

Това явление се нарича ефект на Ранка. Ефективността на този метод на производство на ниска температура ниска. Въпреки това, този метод на охлаждане е практически приложения (особено където има компресирания газ).

The термоелектрически ефект. В термоелектрически ефект (Пелтие ефект) и това е, че преминаването на директен електрически ток през веригата, състояща се от две различни проводници, един от възел температура става ниска, а другата - по-висока. Студената възел е в същото време на охлаждане на тялото.

Основният показател за качеството на охладителния елемент е коефициентът за качество, което определя максималната температура разликата между топли и студени възли. Въпреки факта, че ефекта на Пелтие е открит в XIX век, в практическото приложение на системи за охлаждане, не е установено, поради високата топлопроводимост на метали е на практика не е възможно да се получи големи стойности Q-фактор. Едва с изобретението на полупроводници управлявани за стабилизиране на температурата на различни възли на елемента. В момента, термоелектрически охлаждане се използва в националната икономика. В някои страни, като тя стартира производството на термоелектрически климатици. В нашата страна, например, беше веднъж серийно производство на домашни хладилници малък термоелектрически капацитет "Джак Фрост." Този метод се използва широко в медицината охлаждане (криохирургия очи, мозъчните съдове и т.н.).

В заключение, не може да не споменем още един обещаващ метод за производство на изкуствен студ - магнитокалоричен ефект (метод твърдо състояние на размагнитване).

Още през 1881 г. немския физик Емил Warburg открили, че на твърдия магнитен материал поставен в магнитно поле се нагрява, а при отстраняване на магнитното поле - охлажда. Ефектът беше доста незначителен и дълго време не намери практическо приложение.

Екип от учени от Швейцария, прегледани в подробности магнитокалоричен ефект, и се оказа, че съвременните научни постижения в твърдо състояние физика и материалознание могат да преодолеят пречките пред неговото практическо приложение - перспектива въз основа на гадолиний сплави, манган, фосфор и други елементи, както и постоянна ново поколение магнити са били в състояние да генерира практически поиска ниска температура.

Авторите са разработили и тествани прототип вътрешното магнитно хладилник с приемлива мощност, производителност и тегло и размер. Задната стена на изолирани камерата на хладилника интегрирани вертикални перфорирания цилиндър, едната половина на страничната повърхност, която е от външната страна, а другият - в случая. Цилиндърът е направен от сплав манган основа, бавно въртящи се и се загрява външно магнитни и охлажда samorazmagnichivayas и по този начин, охлажда въздуха вътре в хладилника.

Най-важните предимства е липса на магнитно хладилник компресор и свързани с работата му на шум и вибрации, простота и надеждност на конструкцията, както и липсата на скъпи и вредни за околната среда хладилни агенти. Има всички основания да вярваме, че в близко бъдеще магнитно охлаждане ще намерите най-широко приложение в транспорта климатизацията, търговски и битови хладилници.

Въпроси за самоконтрол:

1. Списък на прилагането на изкуствен студ.

2. Въз основа на това, което студена приложение в хранително-вкусовата промишленост?

3. Обяснете защо адиабатно разширяване на газа е по-изгодно от гледна точка на спестяване на енергия, отколкото Дроселирането?

4. Предимства и недостатъци на генериране на изкуствен студ Пелтие.

5. Мога ли да получа ледена вода с температура на топене плюс 5 ° C?

Литература: [1, стр. 5 ... 31; 2, 7]


Лекция 2. Термодинамични основи
охлаждане

<== Предишна лекция | На следващата лекция ==>
| Физични принципи на получаването на ниски температури

; Дата: 04.01.2014; ; Прегледи: 312; Нарушаването на авторските права? ;


Ние ценим Вашето мнение! Беше ли полезна публикуван материал? Да | не



ТЪРСЕНЕ:


Вижте също:



zdes-stroika.ru - Studopediya (2013 - 2017) на година. Тя не е автор на материали, и дава на студентите с безплатно образование и използва! Най-новото допълнение , Al IP: 66.102.9.24
Page генерирана за: 0.049 сек.