титочні; 3) перехресного струму; 4) зі складним напрямком руху теплоносіїв (змішаного струму).
2. Кріогенні машини і установки. Призначення, пристрій, основні елементи кріогенних машин і установок До криогенним машинам в даний час можна віднести низькотемпературні машини, які призначені для виробництва холоду на температурному рівні, як правило, нижче 120 К і перекачування кріогенних рідин. До таких машин слід віднести розширювальні машини - детандери, кріогенні газові машини (КГМ), що працюють по різних циклам, і криогенні насоси для перекачування кріогенних рідин.
детандер - це розширювальні низькотемпературні машини, службовці для виробництва холоду шляхом розширення робочого тіла з пониженням температури і віддачею зовнішньої роботи (енергії).
Термін «детандер» походить від французького слова «dе'tendre», що означає зменшення тиску, і введений видатним французьким ученим, академіком і творцем першого в світі детандера Жаком Клодом.
детандер отримали широке поширення в якості генератора холоду в повітророздільних установках (ВРУ), в гелієвих і водневих рефрижераторних і ожіжітельних системах для отримання рідких гелію, водню та інших низькотемпературних рідин. Останнім часом вони стали широко застосовуватися в ожіжітеля природного газу.
За принципом дії детандери являють собою енергетичні машини, в яких одночасно з виробництвом холоду виробляється ще й робота у вигляді механічної та електричної енергії, яку можна використовувати в якості приводу різних машин і систем. Однак вони відрізняються від традиційних енергетичних машин (парових і газових турбін, двигунів і т.п.), насамперед температурним рівнем їх роботи. Якщо енергетичні машини працюють при температурах T вище температури навколишнього середовища, т. Е., То детандери працюють при температурах T нижче, т. Е.. Головним призначенням енергетичних машин є виробництво роботи, а головним призначенням детандерів - виробництво холоду. Ця відмінність детандерів накладає на них особливі умови роботи, конструктивного оформлення та експлуатації.
Кріогенні газові машини (КГМ) являють собою низькотемпературні установки, в яких здійснюється весь зворотний термодинамічний цикл, призначений для виробництва холоду. У КГМ одночасно зосереджені і компресор для стиснення газів і детандер для розширення газу, і теплообмінні апарати для передачі теплоти (холоду).
Так, КГМ Стірлінга - це кріогенна установка, в якій одночасно розміщуються поршневий компресор, поршневий детандер - витіснювач, теплообмінний апарат для відводу тепла стиснення, регенеративний теплообмінник і теплообмінник навантаження для відводу холоду на низькотемпературному рівні. Реалізація в такій кріогенної машині цілого циклу дозволяє істотно скоротити габаритні розміри і масу установки. Тому КГМ набули найбільшого поширення в микрокриогенной техніці. Їх також використовують в якості генераторів
холоду в малих повітророздільних установках, гелієвих системах невеликої холодопродуктивності, для переконденсаціі парів при тривалому зберіганні кріогенних рідин, для зрідження повітря і т.п.
Рис. 1. Схема кріогенної установки з одноразовим дроселюванням.
Рис. 2. Схема кріогенної установки з подвійним дроселюванням
3.Теплопередача. Основні закони теплопередачі
Теорія теплопередачі, або теплообміну, являє собою вчення про процеси поширення теплоти в просторі з неоднорідним полем температур. Існують три основні види теплообміну: теплопровідність, конвекція і теплове випромінювання. Теплопровідність - це молекулярний перенесення теплоти між безпосередньо дотичними тілами або частинками одного тіла з різною температурою, при якому відбувається обмін енергією руху структурних частинок (молекул, атомів, вільних електронів). Конвекція здійснюється шляхом переміщення в просторі нерівномірно нагрітих обсягів середовища. При цьому перенесення теплоти нерозривно пов'язаний з переносом самого середовища. Теплове випромінювання характеризується перенесенням енергії від одного тіла до іншого електромагнітними хвилями. Часто всі способи переносу теплоти здійснюються спільно. Наприклад, конвекція завжди супроводжується теплопровідністю, оскільки при цьому неминуче зіткнення частинок, що мають різні температури. Спільний процес перенесення теплоти конвекцією і теплопровідністю називається конвективним теплообміном. Окремим випадком конвективного теплообміну є тепловіддача - конвективний теплообмін між твердою стінкою і рухомим середовищем. Тепловіддача може супроводжуватися тепловим випромінюванням. У цьому випадку перенесення теплоти здійснюється одночасно теплопровідністю, конвекцією і тепловим випромінюванням. Багато процесів переносу теплоти супроводжуються перенесенням речовини - масообмінних, яки...
