Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Формозов Б.Н. -> "Аэрокосмические фотоприемные устройства в видимом и инфракрасном диапозонах" -> 17

Аэрокосмические фотоприемные устройства в видимом и инфракрасном диапозонах - Формозов Б.Н.

Формозов Б.Н. Аэрокосмические фотоприемные устройства в видимом и инфракрасном диапозонах — СПбГУАП, 2002. — 120 c.
Скачать (прямая ссылка): aerokosmicheskiefotopriemi2002.pdf
Предыдущая << 1 .. 11 12 13 14 15 16 < 17 > 18 19 20 21 22 23 .. 33 >> Следующая


k C p

C - слабо зависит от T и p и C ? 1,3-1,7.

p -rP''

Таким образом, охлаждение газа при адиабатическом расширении -весьма эффективный процесс, дающий возможность получать криогенные температуры.

Если воздух, сжатый до 80 ата при t = 20 °С будет адиабатически расширяться до l ата, то конечная температура при k = l,4 будет равна 84 К (рис. 9.1).

>S

Рис. 14.4

60 На рис. 9.1 представлена T, S-диаграмма процесса адиабатического расширения при S = const для реального газа. При p = 80 ата - прямая I-1 воздух - еще перегретый пар в конечном состоянии. При p = 100 ата -

2 D A2

прямая II-2 - адиабата при некотором сжижении: ^ d ^ ~ весовое отношение жидкость/пар.

При p, соответствующем точке IV, все ожижается. Для получения

50 % жидкого воздуха - адиабата III. При p ? 40 ата t ? D140 "С.

Начальное давление должно быть 640 ата. Для реализации расширения по адиабате IV-4 необходимо начальное давление p ? 450000 ата.

Адиабатическое расширение с отдачей внешней работы приводит к охлаждению как реального, так и идеального газа.

При адиабатическом расширении без отдачи внешней работы процесс идет с d U = 0 (U - внутренняя энергия).

Свободное расширение газа из сосуда с одним объемом в сосуд с тем же или большим объемом, из которого откачан воздух или газ будет

U = U (S ,V);

U = U (V ,T );

dU ??U? +??u? 0

dU=BnV ETdv+EF B.dT=0

откуда

??U ?

?et ? =dBov ET

05V EU = urnUF • (9.6)

Из уравнения dU = TdS - pdV при T = const получаем pdV = TdS - dU;

nns ? mu ? ??u ? ?dS ? (97)

p = BSV ^ dbsv ^; BSV El= BSV ^D p. (9.7)

Свободная энергия

F = F (T, V); dF = DSdT D pdV,

61 так как dF - функция состояния системы, то dF - полный дифференциал, у которого перекрестные производные должны быть

DCS ? DCP ?

BdF J = ВйГ J • (9-8>

Таким образом, подставляя (9.8) в (9.7), а (9.7) в (9.6), получим

TПОР ? D

ант ? п Bdt?F р

BdF R, = пшп , (9.9)

??U ? _ где ? = Cv.

Поэтому имеем

тDqp ? D

DdT ? =? Bff Bv Р (9.10)

Cv '

Для идеального газа pV = RT

В этом случае

Никакого охлаждения нет, так как

D DT ?

Ddp ? = R = p V ~ T'

тDdP ? ? 0 T? P =

= 0.

BaV

Для реального газа

RT ? a

р=-

U ? b V2

62 Dqp ? = R

ST EV" V ? ь'

После интегрирования

a D 1 1 ?

T2 ? Tl =?-B—? — ? (9 11)

2 1 CV ^V1 V2 ? (911)

Таким образом, реальный газ при адиабатическом расширении без отдачи внешней работы будет охлаждаться.

Дросселирование газа

В этом процессе поддерживается постоянный перепад давлений слева и справа от дросселя. Для охлаждения интерес представляет адиабатическое дросселирование, т. е. дросселирование при идеальной теплоизоляции. Это не означает, что dS ? 0 , так как процесс - необратимый, dS > 0. Криогенщиками было показано, что при адиабатическом дросселировании сохраняется энтальпия (теплосодержание) газа

dH = 0. (9.12)

Аналогично получим

T ^ ? ? V

BDT ? = DPT ?р (913)

b^P ?H Cp ' '

Это - так называемый дифференциальный дроссель-эффект.

DGV ? V

Газ нагревается, если BdTEp >T' Газ охлаждается, если

Если

DDV ? V

rBP< T

DDV ? V т

г ?P = т; т0 T = const.

Эта температура называется температурой инверсии, которая для известных газов следующая: 4He Тинв = 51 K; H2 Тинв = 205 К; N2 Тинв = 621 К;

О2 T = 893 К.

2 инв

63 Таким образом, лишь водород и гелий не могут быть ожижены дросселированием без предварительного охлаждения ниже температуры инверсии.

Дроссель-эффектом обладают не только газы, но и их жидкости. Причем, если жидкость дросселируется при Т > Тинв , то DT < 0, а если при Т < Тинв , то DT > 0, т. е. жидкость нагревается. У газов - наоборот.

Интегральный эффект Джоуля - Томсона - конечная разность температур

P2

T2DTi =CjEgP\Hdp. (9.14)

Дроссель-эффект имеет максимум при определенном давлении.

Дроссельные рефрижеративные системы

При дросселировании, применяя весьма высокие давления, нельзя понизить температуру газа до ожижения. Поэтому применяют регенеративный принцип, состоящий в непрерывном использовании понижения температуры при дросселировании для охлаждения новой порций газа. Для этого применяется противоточный теплообменник (рис. 9.2).

Воздух в компрессоре К сжимается от px до р2, температура газа возрастает от T1 до Т4; теплота сжатия отводится водой в холодильнике М; газ снова приобретает температуру T1.

Газ с p2 и T1 входит в основной теплообменник, где охлаждается до T2 встречным холодным газом.

Затем газ дросселируется в Д от p2, T2 до px; при этом его температура понижается до T3. Расширенный газ, проходя теплообменник, нагревается до T1, отнимая теплоту от воздуха высокого давления, понижая его температуру до T2.

Основной теплообменник - сердце установки; он состоит из пучка труб, помещенных в трубе большего диаметра; T, S-диаграмма процесса постепенного охлаждения 1-го кг воздуха (рис. 9.3), где АВ - изотермическое сжатие от P1 до p2; B-1 - первое дросселирование: T1 = Ta - Dt1.

Холодный дросселированный воздух (1 кг) проходит через теплообменник, охлаждая новую порцию (1 кг) воздуха, сжимаемого от р1 до p2, в теплообменнике.
Предыдущая << 1 .. 11 12 13 14 15 16 < 17 > 18 19 20 21 22 23 .. 33 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed