WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 17 | 18 || 20 | 21 |   ...   | 29 |

Таблица 5.Присвоенное значение международной пракСостояние равновесия тической температуры Т6 t68,°С, К Равновесие между твердой, жидкой и 13,81 – газообразной фазами равновесного 259,водорода (тройная точка равновесного водорода) Равновесие между жидкой и газооб- 17,042 – разной фазами равновесного водоро- 256,да при давлении 33330,6 Па (25/нормальной атмосферы) Равновесие между жидкой и газооб- 20,28 – разной фазами равновесного водоро- 252,да (точка кипения равновесного водорода) Равновесие между жидкой и газооб- 27,102 – разной фазами неона (точка кипения 246,неона) Равновесие между твердой, жидкой и 54,361 – газообразной фазами кислорода 218,(тройная точка кислорода) Равновесие между жидкой и газооб- 90,188 – разной фазами кислорода (точка ки- 182,пения кислорода) Равновесие между твердой, жидкой и 273,16 – газообразной фазами воды (тройная 0,точка воды)Равновесие между жидкой и парооб- 373,15 – разной фазами воды (точка кипения воды)1,Равновесие между твердой и жидкой 692,73 – фазами цинка (точка затвердевания 419,цинка) Равновесие между твердой и жидкой 1 235,08 – фазами серебра (точка затвердевания 961,серебра) Равновесие между твердой и жидкой 1 337,58 – фазами золота (точка затвердевания 1064,золота) МПТШ-68 выбрана таким образом, чтобы температура, измеренная по этой шкале была близка к термодинамической температуре, и разности между ними оставались в пределах современной погрешности измерений.

В МПТШ-68 различают международную практическую температуру Кельвина (обозначение Т68) и международную практическую температуру Цельсия (обозначение t68).

Соотношение между ними следующее:

t68=Т68-273,15 К, Промежуточные точки рассматриваемой шкалы воспроизводятся по интерполяционным формулам, устанавливающим связь между температурой и термическими свойствами приборов, эталонированных по этим точкам. В диапазоне между 13,81 К до 630,74оС в качестве эталонного прибора применяют платиновый термометр сопротивления, в диапазоне от 630,74оС до 1064,43оС – термопару с электродами платина-родий (10% родия) – платина.

Выше 1337,58 К (1064,43оС) МПТШ-68 определяют с помощью закона излучения Планка.

В области низких температур МПТШ-68 доведена до 13,81 К. Это обстоятельство связано с тем, что пока в этой области низких температур отсутствует вторичный термометр, не уступающий по чувствительности, точности и воспроизводимости показаний платиновому термометру сопротивления при более высоких температурах.

Температуры в интервале от 0,3 до 5,2 К определяют по упругости жидкого гелия He (шкала 1962 г.) – основан на зависимости давления насыщенных паров гелия от температуры Т, устанавливаемый с помощью газового термометра. Еще более низкие температуры определяют термометрами сопротивления (угольными, германиевыми, из сверхпроводящих сплавов и др.) и магнитными методами.

Ниже 1 К газовым термометром пользоваться практически нельзя. Для определения термодинамической температуры в этой области используют магнитные и ядерные методы.

5.1.5.3 Другие температурные шкалы Шкала Реомюра. Это шкала практически вышла из употребления обозначается символом R.

Для сведения: реперные точки – точка таяния льда 0о R, точка кипения воды – 80о R; градус Реомюра 1/80 часть температурного интервала между точкой таяния льда и точкой кипения воды; соотношения между градусом Реомюра и градусом Цельсия – 1о R=1,25о С, (5.10) Шкала Фаренгейта. Пользуются в основном в США. Обозначается символом F. Реперные точки: 0о F – температура смеси льда с солью и нашатырем, 96о F – нормальная температура человеческого тела. В соответствии с этим точка таяния льда – 32о F и точка кипения воды – 212о F. Градус F равен 1/180 части температурного интервала между точкой таяния льда и точкой кипения воды.

Соотношения между градусом Фаренгейта и градусом Цельсия:

1о F=5/9о C, (5.11) Перевод температуры Фаренгейта (f) в температуру Цельсия (t) производят по соотношению:

t=5/9(f-32), (5.12) Шкала Ренкина. (Ra) В ней размер градуса равен градусу Фаренгейта, но отсчет ведется от абсолютного нуля температуры, называемой шкалой Ренкина. Сохранилась в основном в США.

По шкале Ренкина 0о F=459,67о Ra, точка таяния льда 491,67о Ra и точка кипения воды 671,67о Ra.

Перевод температуры Ренкина в температуру Цельсия осуществляется по уравнению:

t=5/9F-273,15, (5.13) Перевод температуры Ренкина в температуру Кельвина осуществляется по уравнению:

T=5/9F, (5.14) В последних зависимостях:

t – температура Цельсия, F – температура Ренкина, T – температура Кельвина.

5.1.6 Холод Если под словом "холод" понимать отрицательные температуры, то мы уже знаем, что температур ниже абсолютного нуля быть не может; охладить вещество ниже этой температуры – замысел бессмысленный, так же как и намерение "идти медленнее, чем стоять на месте". Спускаясь, все ниже и ниже по температурной шкале до абсолютного нуля, мы все время у тела отнимаем тепло, а не накачиваем, так называемый холод. Как мы поняли, что понятие "холод" физического смысла не имеет.

В физике введено понятие искусственного холода.

"Холод искусственный – результат охлаждения некоторой среды или тела ниже температуры окружающей среды, получаемый вследствие отвода от них определенного количества теплоты". В промышленности, технике и быту холод получают в основном с помощью холодильных машин.

Иначе говоря, получение холода производится за счет переноса какогото количества тепла с низкого температурного уровня, на более высокий.

Какой-либо единой границы между высокими и низкими температурами не существует.

В узком смысле слова высокие температуры – это температуры, превышающие комнатную температуру, для достижения которых приходится применять различные способы нагрева: нагрев в пламени (достигается примерно до 5000оС), электрические разряды в газах (можно получить от до 1000000оС) и т.д.

В широком смысле – высокие температуры – температуры, превосходящие некоторую характеристическую температуру, при достижении которой происходит качественное изменение свойств вещества. Так, например, температура плавления разграничивает области твердого и жидкого состояний веществ, критическая температура определяет верхнюю границу существования пара и жидкости, Дебая температура устанавливает для каждого вещества температурную границу, выше которой не сказываются квантовые эффекты (для большинства веществ эти температуры лежат в пределах от до 500 К).

Низкие температуры еще называют криогенными (от крио – холод, мороз, лед).

Такие температуры принято отсчитывать от температуры абсолютного нуля (0 К). Такими температурами считались температуры, лежащие ниже точки кипения жидкого воздуха (примерно 80 К).

На 13 конгрессе Международного института холода в 1971 году была принята рекомендация, согласно которой криогенными температурами называются температуры ниже 120 К (рисунок 5.3 а).

Для получения и поддержания низких температур обычно используют сжиженные газы.

На рисунке 5.5 показана шкала температур, встречающихся в природе и технике.

Рис 5.5 – Шкала, показывающая какие температуры встречаются в природе и технике Низкие температуры имеют нижний предел и ограничены уровнем абсолютного нуля. Для высоких температур верхний предел не установлен.

Есть ли он Сверхвысокие температуры существуют, например, в центрах звезд, в частности Солнца, где температура достигает десятков миллионов градусов.

5.2 Холод в технике Вопросами получения искусственного холода в области температур от 10 до -150оС занимается отрасль техники, называемая холодильной техникой.

Наиболее распространенными машинами для получения искусственного холода являются холодильные машины.

Под холодильной машиной понимается устройство, которое предназначено для отвода теплоты от охлаждаемого тела при температуре более низкой, чем температура окружающей среды. Холодильные машины работают как тепловые насосы, которые отнимают теплоту от охлаждаемого тела и с затратой энергии (механической или иной) передают ее охлаждающей среде, как правило, воде или окружающему воздуху, имеющей более высокую температуру, чем охлаждаемое тело. Холодопроизводительность их лежит в пределах от нескольких сотен Вт до нескольких МВт.

В отличие от тепловых машин (рисунок 5.4 б), работа которых основана на прямом круговом термодинамическом процессе (к рабочему телу, находящемуся при более высокой температуре, подводится теплота от нагревателя, которая частично превращается в механическую энергию) работа холодильных машин (рисунок 5.4 в) основана на том, что рабочее тело за счет затрат внешней работы совершает обратный круговой термодинамический процесс (рабочее тело отбирает теплоту у холодного тела и эта теплота вместе с теплотой, возникающей дополнительно при совершении необходимой механической работы, например, компрессоры, отводится и передается более горячему телу – окружающей среде).

В холодильной технике применяются различные системы холодильных машин – паро-компрессорные, абсорбционные, пароэжекторные и воздушнорасширительные, работа которых основана на обратном круговом термодинамическом процессе.

Для получения температур ниже температуры окружающей среды используются также охлаждающие смеси, водный или сухой лед, сжиженные газы, термоэлектрическое охлаждение.

Искусственный холод широко применяется в пищевой промышленности и индивидуальном секторе для охлаждения, замораживания и хранения скоропортящихся пищевых продуктов.

Он используется в нефтеперерабатывающей промышленности при производстве высокооктановых бензинов и др. продуктов, в химической промышленности при производстве синтетического аммиака, красителей и т.п., в газовой промышленности, например, для сжижения природного газа, в машиностроении для изменения свойств конструкционных материалов и т.д.

Искусственный холод необходим при производстве сверхпроводящих материалов и изделий с комплексом заданных свойств, при создании принципиально новых видов транспортных средств и других областях. Конструктивные особенности устройств, предназначенных для получения искусственного холода, и принципы их работы в объеме одной лекции не рассмотришь. В этом, видимо, нет и необходимости, т.к. в соответствующих курсах Вы уже затрагивали эти вопросы.

Поэтому мы разберем только некоторые из них, которые, на наш взгляд, наиболее интересны.

5.2.1 Некоторые методы получения холода Рассмотрим два примера получения холода, основанное на расширении газов.

Вихревая трубка.

На рисунке 5.6 показано конструктивная схема вихревой трубы (вихревая труба Ранка). Она состоит из корпуса 3 с соплом 4 и диафрагмой 5, трубок холодного 6 и теплого 2 потоков, а также управляющего дросселя 1.

Рис 5.6 – Вихревая трубка 1 – дроссель; 2 – трубка теплого потока; 3 – корпус; 4 – сопло; 5диафрагма; 6-трубка холодного потока В основу ее работы заложена идея создания условий, при которых поток воздуха разделяется на два слоя с равными температурами, отводящиеся затем в разные стороны.

Так, если поток воздуха или иного сжатого газа с температурой Т1 и давлением Р1 направить тангенциально через сопло в цилиндрическую трубку, в котором газ расширится до давления Р2 и разгонится до какой-то скорости, то он в трубке, вращаясь, разделяется на два слоя с температурами Тхол и Тгор. При этом Тхол<Т1<Тгор.

Сказанное предопределяет следующую схему работы вихревой трубы.

Поток сжатого газа при температуре Т1 поступает в сопло 4, с большой скоростью входит в корпус 3, завихряется в нем и делится на два потока. Холодный поток с температурой Тхол через диафрагму 5 уходит в правую часть трубы 6, а теплый поток с температурой Тгор отводится в левую её часть 2 и регулируемый дроссель 1.

В зависимости от давления воздуха и степени его осушки в вихревой холодильной камере ВХК-2, основным рабочим элементом которого является вихревая труба, можно достичь температуры 216 К.

Температурный диапазон регулирования процесса может быть изменен путем подбора диафрагмы трубы. При этом с увеличением диаметра отверстия в диафрагме повышается температура горячего потока, а с его уменьшением – понижается температура холодного потока.

Видимо, при необходимости горячий поток, выбрасываемый в атмосферу, можно полезно использовать.

Турбохолодильник. Принципиальная схема работы турбохолодильника, применяемого, в частности, для охлаждения кабин и пассажирских салонов самолетов показана на рисунке 5.7.

Рис 5.7 – Принципиальная схема работы турбохолодильника 1 – входной патрубок турбины, 2 – сопловой аппарат, 3 – диск турбины, 4 – вентилятор, 5 – выходной патрубок турбины Работа турбохолодильника основана на расширении газа с производством внешней работы. Турбохолодильник- машина непрерывного действия, в которой поток охлаждаемого воздуха проходит через неподвижные направляющие каналы (сопловый аппарат), преобразующие часть потенциальной энергии газа в кинетическую, и диск турбины (система вращающихся лопаточных каналов ротора), где энергия потока преобразуется в механическую работу (отдаётся), в результате чего происходит охлаждение газа.

Из рисунке 5.7 видно, что турбохолодильник состоит их входного патрубка охлаждаемого горячего воздуха 1, соплового аппарата 2, диска турбины 3, вентилятора 4, служащего тормозным устройством и выходного патрубка турбины 5, обеспечивающего выход охлажденного воздуха в кабину.

Схема работы турбохолодильника следующая.

Кабинный воздух поступает через входной патрубок турбины 1 к сопловому аппарату 2. В сопловом аппарате потенциальная энергия преобразуется в кинетическую. Из соплового аппарата воздух с большой скоростью поступает на лопатки диска турбины 3 и приводит его во вращение. Таким образом, кинетическая энергия воздуха превращается в механическую работу. Мощность развиваемая турбиной снимается вентилятором 4, играющим роль тормоза, кабинный воздух, совершив работу на лопатках диска турбины 3, с меньшей скоростью, давлением и температурой через выходной патрубок турбины направляется в герметическую кабину объекта. В зависимости от конструктивных особенностей турбохолодильника и условий работы температурный перепад воздуха в турбине колеблется от 65 до 95оС.

Pages:     | 1 |   ...   | 17 | 18 || 20 | 21 |   ...   | 29 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.