Előállítására szolgáló módszerek 01 alacsony hőmérsékletű
1. RÉSZ ELMÉLETI előállítási eljárására HIDEG
1.1 Módszerek megszerzésének alacsony hőmérsékleten
A hűtés hőelvonást a lehűtött objektumot kell hőmérsékleten végezzük a környezeti hőmérséklet alatt. Általában, a hőátadás az munkaközegáram (hűtőközeg), melynek a hőmérsékletét előzetesen csökkentjük a kívánt szintre, vagy más módon.
A gyakorlatban megszerzésének alacsony hőmérsékleten hűtés, és a következő módszereket használjuk munkaközeg: fázisátalakulások, az expanziós gázok és gőzök, a termoelektromos hatás, a deszorpciós gáz- és az adiabatikus demagnetizáló paramagnets.
1.1.1 Fázisátalakulások
Annak érdekében, hogy egy környezeti hőmérséklet alatti hőmérsékletre alkalmazzuk, például fázisátalakulások, mint olvadás, feloldjuk a sókat, forráspontja és szublimáció.
A látens hő az olvadó jég vizet alkalmaztunk lehűlni
tárgyak hőmérsékletig nem alacsonyabb, mint 0 ° C ősidők óta. Amikor elérte a olvadáspontja sebességű szilárd molekulák a merev molekuláris szerkezete maximális. Ezen a hőmérsékleten, további hőmennyiség, a kapott szilárd anyagot, ez okozza a részleges olvadás. Alkalmazása során elegendő mennyiségű hő a teljes tömegét szilárd a folyékony fázisba, míg a hőmérséklet állandó marad. Mivel a abszorpciós fúziós hője a hűtött tárgy hőmérséklet csökken.
Annak érdekében, hogy az olvadáspontjuk csökkentésére, hanem a szokásos víz jeges hűtést alkalmazhatunk álló keverék tört jég vagy hó a sóval. Mivel a második komponens a keverék a legelterjedtebb a nátrium-klorid és kalcium-klorid. Amikor koncentráció változtatása a hűtőközeg-keverék változások olvadási hőmérséklet. Például, majd jég és kalcium-klorid-tartalma 29,87 tömeg% kalcium-klorid megolvad hőmérsékleten -55 ° C
Az oldatot, amely koncentráció megfelel a legalacsonyabb olvadáspontú, úgynevezett eutektikus (legkoplavyaschimsya). Az eutektikus oldatot, kitöltve egy lezárt tartályban, és fagyasztva, egy hideg akkumulátor (zerotor). Amikor a fagyasztás az eutektikus oldat és az energia eltávolítjuk mintha felhalmozódnak a hideg, az olvadás és elnyelik a hőt és csökkenti a hőmérséklet a hűtött tárgy.
Folyamatok oldódását bizonyos sóit vízben is kíséri a felszívódását bizonyos mennyiségű hőt, hogy lehet használni a hűtésre. Jelenleg ez a módszer széles körben gyakorlati alkalmazása nem kapott.
Az egyik leghatékonyabb módja a szerzés hideg az forráspontú folyadékot alacsony negatív hőmérséklet forrásig. Ez a módszer a termelő hideg volt a legelterjedtebb, és használják a gőz tömörítés, kiesés, az abszorpciós hűtők, beleértve a belföldi célra.
Az átmenet a folyadék fázisból a gőz a molekuláris kapunk elég energiát, hogy leküzdeni a kölcsönös vonzás és gravitációs erők. az energia
cal költségek, hogy a belső munkát hogy ezek az erők nagyon nagy, így az átmenet a folyadék fázisból gőzzé anyag elnyeli sokkal több hőt, mint a átmenet a szilárd fázist a folyékony.
A látens párolgási hőt és a főzési hőmérséklet és a nyomás függ a thermophysical tulajdonságai a hűtőközegek. A mérsékelten alacsony hőmérsékleten (273-243 K) ammóniát használunk egy normál forráspontja - 33,4 ° C, a freonok, mint például a freon-12, amelynek forráspontja a -29,7 ° C kriogén hőmérséklet 120 K 4 használt kriogén folyadékok, amelyek közül a legszélesebb körben használt folyékony nitrogén, amelynek forráspontja 77 K (-196 ° C). A legtöbb alacsony forráspontú hőmérsékleten 4 K (-269 C) rendelkezik a hélium, amely elérésére használjuk ultralow hőmérsékleten.
Annak érdekében, hogy az alacsony hőmérsékletű alkalmazás kapott fázisátmenet anyagoknak szilárd gőzök, úgynevezett szublimáció. A szilárd anyagot szublimáljuk alatti hőmérsékleten az olvadáspont. szublimációs folyamat lezajlik hasonló a folyamat a párolgás, de sokkal kisebb sebességgel. Molekulák, amelyek nagy sebességű, leküzdeni az intézkedés a erők intermolekuláris vonzás és a gravitációs és indulnak a tömege anyagot a környezetbe, így válik egy gőz-molekula.
Egy példa segítségével szublimációs, hogy alacsony hőmérsékleten lehet hűtés szilárd szén-dioxiddal (szárazjég). Atmoszférikus nyomáson a szublimációs hőmérséklete a szén-dioxid egyenlő -78 C, a hő a szublimáció - 573 kJ / kg. Amikor létrehoz egy vákuum alatt szárazjég kaphat hőmérséklet -100 ° C
1.1.2 bővítése a gázok és gőzök
Bővítése a gázok és gőzök termelni hideg lehet kétféleképpen történhet:
1) végrehajtásának elősegítése külső munkát;
Egy adiabatikus munka végrehajtásának külső hőmérséklet és belső energiája dolgozik anyag csökkennek. A maximális hőmérséklet-változás érhető el egy reverzibilis izentropikus bővítése. Így a differenciális hatás a hőmérséklet változás által kifejezett:
Gyakorlatilag előduzzasztási a sűrített gáz lép fel a gáz
motor vagy expander, amely egyszerre végzi a külső munkát. Külső munka lehet használni bármilyen célra, például folyadék vagy gáz mentesítést. Bővítése a túlnyomásos gáz a bővítő nélkül kerül sor, hogy a hőcsere a környezet, és a munka elvégzésére egyidejűleg gáz keletkezik miatt a belső energia, amellyel a gáz lehűl. Bővítése végrehajtásának külső munkát széles körben használják a légi bővítő hűtőgépek.
Ez az úgynevezett fojtás bővítése a munkaközeg, ahogy az áthalad a szűkült nyíláson kapu, egy porózus membránt, és más típusú fojtószelep eszközök, kísérő a hőmérséklet változása. Fojtás által végzett munka a gáz, elköltése leküzdése súrlódás a lyukba dros-
seliruyuschego készülék és hővé alakul, és ezáltal növelhető a folyamat játszódik le, állandó entalpia.
A hőmérséklet megváltoztatása fojtás reális gázok miatt entalpiája a gáz függvénye nemcsak a T hőmérséklet, nyomás P hanem:
i = u + PV = C T v + u + pv sweat.
u belső potenciális energia a gáz, hogy kell fordított legyőzni az erők közötti vonzás molekulák;
p v térfogatának gázenergia.
A szükséges energiát bővíteni a gáz, azaz leküzdése a kohéziós erők a molekulák közötti az adiabatikus fojtás, ha nincs hőáram a környezetből lehet beszerezni csak rovására belső energiája a gáz. Mivel a entalpia előtt és után fojtás (a index 1 és 2 utalnak állapotban a gáz előtt és után a fojtási) állandó marad, az expressziós (2) felírható a következő formában:
c v T 1 + u 1 + p 1 = C 1 v v T 2 + u 2 + v 2 2 o.
(3) egyenlet lehetővé teszi, hogy állítsa be a lehetséges viselkedését egy igazi gáz fojtás, ha 2 o v 2 r v 1. 1, akkor T 1 - T 2 0, és a kapott fojtás hőmérsékletek
mérséklet gáz csökkentjük; ha a 2 p v 2 r v 1. 1, de u 2 u 1 (p 1 v 1 v 2 p 2), majd a fojtott '
CIÓ is eredményezi, hogy csökken a hőmérséklet T 2 T 1. Ha az utóbbi esetben, u 2
u 1 (p 1, p 2 v 1 v 2). után fojtás a gáz hőmérséklete megnövekszik, azaz, T2
A jelenséget az igazi gáz hőmérséklet-változás, ha ez volt az úgynevezett fojtó hatása fojtás vagy Joule - Thomson. A fojtószelep hatása akkor tekinthető pozitívnak, ha a fojtott gáz lehűl, és negatív, ha a gáz hőmérséklete emelkedik. A legtöbb gáz pozitív fojtószelep fojtás hatása, és lehűtjük. Negatív fojtószelep hatása hélium és hidrogén, ami ellentétben más gázok, fűtött fojtás.
Annak érdekében, hogy alacsony hőmérsékleten is vonatkozik vortex hatást. amely végzik a vortex csövek. Reakcióvázlat vortex cső az 1. ábrán látható.
1. ábra vázlatos diagramja A vortex cső:
1 - egy expanziós szelep; 2 - hideg végén a cső; 3 - fúvóka; 4 - membrán; 5 - a meleg a cső végére.
Keresztül érintőleges örvényfüvókára cső van mellékelve sűrített levegővel. A cső fordul elő a tekercselési terébe határolt egyik oldalán egy membrán egy központi furattal, és a másik - a fojtószelep. Egy központi nyílás, néhány, a levegő elhagyja, amelynek a hőmérséklete alatt a kezdeti, és miután a fojtószelep - a fennmaradó rész az áramlás egy fűtött állapotban.
A levegő mennyisége a hideg és meleg áramlások és a hőmérséklet szabályozható a szelep kinyitása. A hőmérséklet fékezés elválasztjuk folyamok szupervízió
alapvetően különbözik a kezdeti fékezési hőmérséklet teljes áramlás a szórófejen áthaladó.
Egy termodinamikai szempontból a folyamatok játszódnak le az örvénycsöves csökken arra a tényre, hogy a hideg levegő ad kinetikus energia a maradék tömege levegőből, és így lehűtjük. Egy másik része a levegő veszi ezt az energiát, és felmelegített állapotban. Az örvény cső levegő lehűl eredményeként irreverzíbilis expanziós okozó alacsony energiahatékonysága a hűtési folyamat.
Gyorsító mint egy eljárást alacsony hőmérsékleten általánosan használt hűtő. Annak érdekében, hogy csökkentsék a nyomást és a hőmérsékletet az alkalmazott hűtőközeg a fojtási folyamat kompressziós, abszorpciós, kidobó hűtőgépek.
Vortex hatás talált gyakorlati alkalmazása a Vortex hűvösebb.
1.1.3 A termoelektromos hatás
Action termoelektromos hűtés eszközök alapján a Peltier-hatás. Peltier és két másik, kapcsolódó eljárás termoelektromos hűtő hatása - Seebeck és Thomson miatt egymásba villamos energia és hő.
Összefoglaló termoelektromos Peltier a következő: közben az áramlás I egyenáram az elágazásnál két különböző félvezetők vagy vezetékek érintkeznek területeken egységnyi idő elnyelt vagy felszabadult, attól függően, hogy a jelenlegi irány bizonyos mennyiségű hőt. Az elnyelt vagy felszabadult ebben a folyamatban hő arányos a jelenlegi Peltier:
A termoelektromos hatás végezzük hőelemek. Vezetési thermo
elem a 2. ábrán látható.
Ábra. 2. reakcióvázlat termoelem:
N, P - félvezető ága termoelem; A, B - kapcsolási fémlemez (csomópontok); E - DC áramforrás.
Két félvezető N- és p-vezető formában egy áramkört, amelyen keresztül áthalad a konstans áram a forrástól E. Ennek eredményeként a hő felszívódását Peltier csomópontok és néhány más megadható, hogy a különbség a hőmérséklet a csomópontok. Ha a hőmérséklet a T h a hidegpont hőmérsékletének a tárgy alatti hűtendő Ez, és a hőmérséklet a forró csomópontokban T g magasabb, mint a környezeti hőmérséklet T,
fixáló elvégzi a feladatait a hűtőberendezés viszi át a hőt a hideg forrás a környezetet. Ha ezt használják mellett hasznos Q hideg hideg spayam által szolgáltatott hővezetés áramlás a forró csomópontok, csökkentve annak lehetőségét, hogy a hőmérséklet csökkentésével.
Visszafordíthatatlan veszteségek váltvaforgató termoelektromos hatás korlátozza az elérhető csepp közötti csomópont hőmérséklet és csökkenti a termodinamikai hatásfoka termoelektromos generátor hideg.
Termoelektromos hűtés most széles körben használatosak sok ága a modern technológia, beleértve a háztartási hűtőszekrények és a légkondicionálók.
1.1.4 deszorpció gázt
Deszorpciót egy elkülönítési eljárását az abszorbeált anyagok az adszorbensről. Az egyik technika a elmozdulása deszorpciós az elnyelt komponenst az adszorbens szerek, amelyeknek nagyobb adszorpcióképességüket, mint az abszorbeált komponenseket.
Amikor eltávolítja az adszorbeált gáz a felületről az abszorbens a deszorpciós folyamat játszódik hőfelvétel, miáltal az abszorber hőmérséklet csökken.
Deszorpciós Cryogenics kapott nagyságrendű több fokkal. A technika mérsékelt hideg hűtési módszerrel deszorpciós talált következtében terjednek jelentős irreverzíbilis veszteséget.
1.1.5 Az adiabatikus lemágneseződésre paramágneses
A adiabatikus demagnetization vagy magnetokalorikus hatás valósul meg a termomágneses rendszerekben. Az adiabatikus demagnetization paramágneses anyagok, valamint a gáz adiabatikus tágulása munka külső erőkkel szemben, ezt úgy végezzük rovására a belső energia költséget a rendszer, és ezáltal egy éles csökkenés a hőmérséklet.
Ahhoz, hogy lehűlni ez a módszer paramágneses anyag (általában egy bár paramágneses só) tartjuk állandó hőmérsékleten nagy vákuumban, így például, egy kád forró héliumot. Az anyag van kitéve egy erős mágneses mező. Amikor a mező ki van kapcsolva adiabatikusan lemágnesezni hagyjuk lehűlni paramágneses anyagot közeli hőmérsékleten az abszolút nulla. Jelenleg létrehozott mágneses hűtő alkalmazásával ez a hatás alatti hőmérsékleten 1K.
Jelenleg adiabatikus demagnetization hűtéséhez használt kriogén hőmérsékletek a kísérleti minták a laboratóriumban.