PROBLEMY NA EGZAMIN/KOLOKWIUM Z PRZEDMIOTU „Chłodnictwo i kriogenika” rok akademicki 2013/13, semestr zimowy, część kriogeniczna.
Wydział Mechaniczno-Energetyczny, rok IV, prow. prof. Maciej Chorowski
Materiał: Wykłady - prezentacje, konspekty, podręcznik „Kriogenika podstawy”, M. Chorowski, Masta, 2007
Kriogenika i kriotechnika - definicje.
Kriogenika (gr. krios - zimno, genos - ród) - dziedzina nauki (fizyki i techniki) zajmująca się badaniem i wykorzystaniem właściwości ciał w niskich temperaturach, uzyskiwaniem i mierzeniem niskich temperatur.Za niskie temperatury uznaje się temperatury niższe od −150 °C (123 K).
Czynniki kriogeniczne (hel, wodór, neon, azot, argon, tlen, metan) i ich podstawowe własności /temperatury parowania, ciepła parowania, własności chemiczne.
W sposób zdecydowany wzrasta przemysłowe wykorzystanie różnych gazów technicznych tj. tlenu, azotu, argonu, metanu (gazu ziemnego), wodoru, helu, neonu, kryptonu i innych. Gazy te są stosowane zarówno w postaci gazowej jak i ciekłej, a ich normalne temperatury wrzenia leżą w obszarze temperatur kriogenicznych
Hel- (gaz trwały) - o normalnej temperaturze wrzenia równej 4,2 K. Jest to w zasadzie najniższa temperatura jaką można uzyskać posługując się izotopem 4He. Stosując izotop helu 3 charakteryzujący się niższą normalną temperaturą wrzenia (3 K) można poprzez obniżanie ciśnienia obniżyć temperaturę do około 0,3 K.
Zasady bezpiecznego posługiwania się ciekłymi gazami.
-Zapobieganie wszelkiego rodzajom uszkodzeniom żywych tkanek to przede wszystkim
zapobieganie bezpośrednim kontaktom ze źródłem destrukcji (cieczami kriogenicznymi, ich oparami lub zimnymi gazami oraz wyziębionymi częściami urządzenia). Należy więc w czasie pracy nosić odzież ochronną, szczególnie osłonięta powinna być twarz i oczy. Ręce powinny być zabezpieczone luźnymi, wykonanymi z odpowiedniego materiału rękawiczkami, które w razie konieczności (dostania się do nich cieczy) można łatwo zdjąć. Spodnie należy wyciągać na zewnątrz wysokiego obuwia, które musi być także wykonane z odpowiedniego materiału (nie powinien się on łatwo elektryzować, czyli nie mogą to być syntetyki wełna czy jedwab).
-Wszelkie zawory czy otwory, z których może wydostawać się zimna ciecz lub gaz muszą
być skierowane tak, aby w razie wycieku nie uderzały one w znajdujących się w pobliżu ludzi (ciecze nie powinny także kapać na znajdujące się w pobliżu oprzyrządowanie i elementy urządzenia, gdyż może to doprowadzić do osłabienia materiału konstrukcyjnego i w konsekwencji do poważniejszych awarii). Ponadto wszystkie rury, przewody lub inne wyposażenie, które mogą zostać wyziębione i nieuważnie dotknięte powinny być odpowiednio zaizolowane.
(…)
… ze względu na typ wymiennika ciepła i zastosowany proces obniżania temperatury.
Chłodziarki z rekuperacyjnymi wymiennikami ciepła:
-chłodziarki Joule-Thomsona;
- chłodziarki Claudee'a Chłodziarki z regeneracyjnymi wymiennikami ciepła:
-chłodziarka Strlinga;
-chłodziarka Gifforda-McMahona;
-rura pulsacyjna;
-chłodziarki Vuilleumiera-Taconisa;
Obieg Linde-Hampsona, schemat, wykres TS, wydajność skraplania…
… skrajnego położenia, cykl prac chłodziarki zostaje
zakończony.
Schemat idealnej chłodziarki Stirlinga, a - odwzorowanie obiegu w układach Ts
oraz p-v; b - realizacja obiegu w chłodziarce z dwoma niezależnymi tłokami, regeneratorem
R, oraz dwoma wymiennikami ciepła (qH2O - ciepło odprowadzane do otoczenia, q - ciepło
doprowadzane do chłodziarki od kriostatowanego obiektu.
Zasada pracy chłodziarki Gifforda…
… różniczkowy i całkowy, odwzorowanie na wykresie TS, różnica pomiędzy procesem idealnym i rzeczywistym, sprawność izentropowa rozprężarki/.
Dławienie izentalpowe /efekt różniczkowy i całkowy, odwzorowanie na wykresie TS/.
Jeżeli gaz rozpręża się adiabatycznie w układzie otwartym, bez wykonania pracy zewnętrznej oraz bez zmiany prędkości ani istotnej zmiany wysokości, to proces taki określa się dławieniem. Warunek zachowania stałej prędkości nie wyklucza lokalnej zmiany prędkości, szczególnie w obrębie samego elementu dławiącego. Dławienie gazu może odbywać się w trakcie jego przepływu przez porowatą zatyczkę, dyszą, kapilarę czy zawór dławiący. W procesie dławienia gazu nie ulega zmianie jego entalpia, co wynika z bilansu energii układu otwartego:
Temperatura inwersji, krzywa inwersji.
Krzywa inwersji…
… instalacji z pojedynczą kolumną Lindego była duża zawartość tlenu w odpadowym azocie. Wadę te w znacznym stopniu usunięto stosując podwójną kolumnę Lindego. Schemat takiej instalacji przedstawiono na rysunku 11.
Istotą omawianej instalacji jest zwarcie cieplne dwóch kolumn w ten sposób, że parowacz kolumny górnej jest ogrzewany przez skraplacz kolumny dolnej. Uzyskanie takiego efektu…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)