Агапіта е
§1. Основні поняття і визначення. Завдання курсу.
Кріогенні установки ( «кріо» - холод) - установки для отримання холоду певного потенціалу з температурою не більше 147К (t ≥ 147К).
Ці установки входять в більш широкий клас установок для отримання холоду і є різновидом установок для трансформації теплоти.
Трансформація теплоти - процес перенесення теплоти від об'єкта щодо низької температури tн. який називаетсятеплоотдатчік. до об'єкта з відносно високою tв. який називаетсятеплопріемнік.
Такий процес неможливий без здійснення витрат роботи чи теплоти і не може протікати мимовільно.
В ході такого процесу енергія теплоприемника збільшується на величину Qв.
Трансформатор теплоти - установка, в якій здійснюється перенесення енергії від джерела з відносно низькою температурою tн до джерела з відносно високою температурою tв за допомогою робочого тіла - хладоагента і витратами роботи.
Процес відведення теплоти Q0 еквівалентний підводу холоду до об'єкта в кількості Е0. таким чином, холод - це теплота зі знаком "-".
Кількість теплоти, відведений від об'єкта в одиницю часу (або кількість холоду, отримане об'єктом в одиницю часу) називається холодопродуктивністю, Вт (Дж / с).
Кількість тепла, яке передається теплоприймачу в одиницю часу називається тепловою потужністю теплового трансформатора, Вт.
Якщо теплотрансформатор служить в основному для виробництва холоду, він називається рефрижератором (клас R).
Такі теплотрансформатори діляться на:
- холодильні установки tн> 147K
- криогенні установки tн ≤ 147К
Якщо теплотрансформатор служить переважно для вироблення тепла, він називається тепловим насосом (клас Н).
Якщо теплотрансформатор служить одночасно для вироблення і тепла і холоду, то він називається кондиціонером (клас RН).
§2. Загальний принцип охолодження.
Чим менше ентропія системи, тим більше її впорядкованість і тим менше її температура.
Охолодити або знизити температуру системи - значить знизити її ентропію.
Найпростіший спосіб охолодження - ізобарно охолодження.
Для того, щоб перейти з т.1 в т.2 необхідно, щоб система прийшла в зіткнення з об'єктом з температурою t Отримати температуру системи на рівні т.2 можна й іншим шляхом - для цього потрібно взяти проміжну газоподібним середовищем і провести ізотермічний стиск по лінії 1-3 з підвищенням тиску до Р2.
У цьому процесі необхідно відводити тепло, ентропія при цьому зменшується (S1 S2).
Потім провести адіабатне розширення 3-2 (при S = const).
В цілому, для здійснення процесу 1-3-2 також знадобився холодний об'єкт, але відведення тепла до нього здійснювався на більш високому температурному рівні Т1.
Такий спосіб охолодження називається штучним ілівнутреннім.
Повторивши цей цикл в цьому ж діапазоні тисків (Р1 -Р2), можна отримати температуру t5 значно нижчу, ніж t2.
Загальний принцип внутрішнього охолодження можна сформулювати так: якщо температура t термодинамічної системи залежить від ентропії S і деякого параметрах. t = f (S; х), то необхідно:
- спочатку змінити параметр х в ізотермічних умовах зі зменшенням S;
- потім зробити зворотне зміна цього параметра х в адіабатичних умовах при S = const.
Якщо в якості х виступає тиск системи, то такі системи називаються термомеханічними;
- якщо в якості х виступає напруженість магнітного поля Н, то це - магнітокаллоріческіе системи;
- якщо в якості х виступає напруженість електричного поля Е, то це - електрокаллоріческіе системи.
Переваги штучного охолодження:
- можна охолодити систему до температури близької до абсолютного 0;
- процес охолодження може бути безперервним. На цьому принципі будуються машини для безперервного отримання холоду;
- процес отримання холоду не залежить від кліматичних умов.
Області застосування теплових трансформаторів:
Теплотрансформатори, зокрема, криогенні установки використовуються в наступних різних напрямках.
Азот і аргон використовуються в технологіях рафінування (очищення), стали для створення інертних середовищ в процесах термообробки металу (колпакових, протяжних печах), в технологіях різання і зварювання.
Машинобудування. Проводиться обробка стали холодом для збільшення її твердості і ізностойкості;
Хімічна промисловість. Холод використовується в технологіях осушення газів, конденсації парів, поділі складних сумішей і розчинів, регулювання швидкості хімічних реакцій, зберіганні продуктів хімічних виробництв при кріогенних температурах.
Газова промисловість. В технології поділу газових сумішей (наприклад, отримання Не), зберіганні та транспорті охолоджених продуктів, зріджених природного газу.
Авіація і космонавтика. Отримання О2 і Н2 і використанні цих продуктів для рідинних реактивних двигунів.
Енергетика. Створення ліній електропередач з використанням ефекту надпровідності.
Радіотехніка та електроніка. Підтримка температури елементів апаратури при низьких температурах для забезпечення стабільних характеристик.
Харчова промисловість. Кріогенні установки застосовуються для надшвидкої заморозки, холодильні установки - для зберігання харчових продуктів.
Медицина. З'явився новий напрямок - кріомедицина і зокрема криохирургия.