Titlul lucrării: Proprietățile principale ale lichidelor criogenice
Specializarea: Fabricarea și tehnologii industriale
Descriere: PROIECTARE PE BAZĂ DE DISPOZITIV Curs 1 Principalele proprietăți criogenie ale fluidelor criogenice 1.1. Tipurile de agentul frigorific lichid pentru obținerea temperaturilor scăzute este posibil să se utilizeze diferite lichide criogenice sunt caracterizate în primul rând prin punctul de fierbere.
Mărime fișier: 175 KB
Job descărcat: 24 de persoane.
Proprietățile de bază ale fluidelor criogenice
1.1. Tipuri agenți frigorifici lichizi
Pentru temperaturi joase pot folosi diferite lichide criogenice, care sunt caracterizate în primul rând de la punctul de fierbere. temperatura de fierbere a celor mai frecvente refrigerenți (vezi Tabelul 1.1.) sunt în intervalul 4.2-90.1 K.
Temperatura agentului frigorific lichid de fierbere (la presiune atmosferică)
1.2. Principalele proprietăți ale frigorifici lichizi
Toate substanțele utilizate ca agenți frigorifici, nu au nici o culoare și nici un miros în formă lichidă sau în stare gazoasă. Ei nu au proprietăți magnetice în condiții normale și nu conduce curentul electric. Tabel. 1.4 prezintă principalele caracteristici ale celor mai frecvente agenți frigorifici # 150; azot si heliu.
Parametrii fizici ai lichidului și azot gazos și heliu
Temperatura de fierbere, K
Temperatura T cr. K
Presiunea P cr. MPa
Densitate cr. kg / m3
Temperatura T tr. K
Presiunea p ck. kPa
Densitate . kg / m3 de abur
Sp. Capacitatea termică a aburului
Cp. kJ / (kg K ) fluid
Căldura de vaporizare r.
Raportul dintre variația entalpiei de gaz la
T = 300 K și T = 4,2 K la căldura de vaporizare, i / r
Coeficienți. conductivitate termică. mW / (m K) cuplu
Dielectrică. fluid de constanta
Gaze în condiții normale (t = 0 C, p = 101,325 kPa)
Densitate . kg / m3
Sp. capacitatea calorică C p. kJ / (kg K )
Coeficienți. Conductivitatea termică. . mW / (m K)
Volumul de gaz de la 1 litru de lichid:
Să acorde o atenție la mai multe puncte importante:
- heliu lichid este mult mai ușor de azot (densitatea difera de aproape 6,5 ori);
- heliu lichid are o căldură specifică foarte scăzută a vaporizării r = 20,2 J / g, în timp ce pentru azot r = 197,6 J / g. Aceasta înseamnă că, pentru evaporarea 1 g de azot necesar de 9,8 ori mai mult aport de căldură. Având în vedere marea diferență dintre densitățile heliu lichid și azotul lichid, căldura de vaporizare pe litru chiar mai diferit # 150; la 63,3 ori! În consecință, aceeași putere de intrare va avea ca rezultat semnificativ diferite cantități de evaporare a heliului lichid și azot lichid. Este ușor de verificat că atunci când puterea de intrare de 1 watt pe oră pentru a se evapora aproximativ 1,4 litri de heliu lichid și 0,02 litri de azot lichid;
- prin pomparea vaporilor de azot lichid poate fi redus la temperatura punctului triplu # 150; T tr = 63,15 K când p cr = 12,53 kPa. La trecerea prin punctul triplu al azotului lichid pentru a îngheța # 150; Se merge în stare solidă. În acest caz, poate fi în continuare vapori de pompare azot peste cristalul și, în consecință, reduce temperatura sistemului. Tabelul 1.5 prezintă valorile presiunii de vapori saturați de azot într-un interval larg de temperatură. Cu toate acestea, în practică, de regulă, pentru a obține temperaturi mai scăzute sunt utilizate fie heliu lichid sau dispozitive numite „cryocooler“.
presiunea saturată a vaporilor de azot [3]
Notă: * punctul triplu; ** punctul normal de fierbere; *** punctul critic
Heliu Presiune vapori
Notă: * un punct; ** punctul normal de fierbere; *** punctul critic
Densitatea agentului frigorific lichid la temperaturi diferite
Temperatura de heliu lichid poate, de asemenea, mai mică, prin pompare, temperatura fluidului este unic corespunde presiunii vaporilor (Tabelul 1.6). De exemplu, presiunea p = = 16 Pa corespunde o temperatură T = 1,0 K. Trebuie amintit că heliul nu are un triplu și -points (la T = 2172 K) # 150; tranziție în faza superfluid. În prezența tranziției prin criostat optic -points ușor de detectat vizual prin întreruperea vrac fierbere heliu lichid. Acest lucru se datorează o creștere bruscă a conductivității termice a fluidului # 150; de 24 mW / (m K) până la 86 kW / (m K).
Prin scăderea temperaturii agentului frigorific de fierbere (prin vapori de pompare) crește densitatea fluidului (vezi. Tabelul. 1.7). Acest efect poate fi important pentru termometrirovaniya corecta ca heliul rece, și, prin urmare, mai grele, sau azot, se va scufunda pe fundul vasului.
cost cu heliu lichid de mai multe ori costul de azot lichid (raportul aproximativ dintre prețurile de piață de heliu lichid și azot lichid # 150; 20: 1). Prin urmare, atunci când dispozitivele de răcire criogenice necesită o combinație rezonabilă utilizarea azotului lichid înainte de răcire și heliu lichid. De asemenea, joacă un rol important pentru utilizarea de răcire a fluxului de retur a gazului de heliu vaporizat. Acest lucru este indicat de valoarea mare a entalpiei gazului relație la T = 300 K și T = 4,2 K la căldura vaporizării 70. Aceasta este, la încălzirea gazului de heliu de la 4,2 K la 300 K va necesita 70 de ori mai multă căldură decât evaporarea heliu lichid!
Evaluează cantitatea de heliu lichid necesar pentru răcirea dispozitivului criogenice poate fi de următoarele considerente.
Dacă răcirea se realizează numai prin utilizarea căldurii de vaporizare, volumul necesar de lichid:
În cazul în care C (T) # 150; căldura specifică a materialului; m # 150; masa materialului fiind răcit; r # 150; căldura latentă de vaporizare.
Dar, după cum sa menționat mai sus, este mult mai economic să se utilizeze ca gaz de răcire generată prin evaporarea lichidului. Se presupune că gazul heliu este încălzit până la temperatura camerei. În acest caz, formula (1.1) este transformată după cum urmează:
unde F și G # 150; densitatea lichidului și heliu gazos; I 300 - 4.2 i # 150; diferența de entalpie per unitate de volum de heliu gazos la 4,2 K și 300 K. Valorile calculate cu ajutorul acestor formule difera de aproape 40 de ori.
Pentru calcularea corectă a formulei (1.2) este necesar să se cunoască masa și dependența de temperatură a capacității calorice C (T) materialul răcit. Tabelul 1.8 prezintă capacitatea termică specifică a anumitor materiale care apar în criogenie și Tabelul 1.9 prezintă rezultatele calculelor fluxului de azot lichid și refrigerant heliu lichid pentru a răci metale diferite [4].
Capacitatea termică specifică a unor materiale, J / (g K )
În practică, rezultatul obținut intermediarul și depinde de structura criostatului și priceperea experimentatorului. În cele din urmă, în cazul în care criostatului este pre-răcit cu azot lichid, limita superioară de integrare pe capacitatea termică este 77,3, iar diferența de entalpie va 77-4.2 K i = i 77 i 4.2. Este semnificativ faptul că, în acest caz, cantitatea de heliu necesar pentru a umple criostat este redus cu aproximativ 20 de ori. Acest lucru se datorează faptului că capacitatea calorică a solidelor în intervalul de temperatură de interes aici variază aproximativ ca T 3. Prin urmare, atunci când pre-răcire economisește o cantitate mare de heliu. Desi ambele, desigur, crește consumul de azot lichid.
Prin utilizarea azotului lichid pentru răcirea intermediară și, în general, trebuie ținut cont atunci când se lucrează cu azot lichid. În procesul de umplerea vasului cu azot lichid cald deține inițial stropilor rapidă lichid de fierbere se produce (în vase deschise) sau o creștere rapidă a presiunii în vase închise. Apoi, ca vasul de răcire sau obiectul, acesta devine mai puțin de fierbere turbulent. În această etapă de umplere a vasului este separat de stratul de suprafață al gazului lichid, conductivitatea termică este de 4,5 ori mai mică decât conductivitatea termică a fluidului. Dacă vom continua lichidul de transfuzie, gaze și stratul de suprafață va fi răcită treptat sub ea, până când dispare filmul de gaz și cea mai mare parte a fluidului nu va intra în contact cu suprafața containerului. Astfel începe a doua perioadă de fierbere rapidă. Și din nou, poate avea loc stropirea cu lichid și creșterea rapidă a presiunii. Trebuie remarcat faptul că norii albi de abur, care pot fi observate adesea cu transfuzie de azot lichid sau heliu, sunt condensate din umiditatea atmosferică, mai degrabă decât azotul gazos sau heliu, deoarece aceștia din urmă sunt incolore.
Precum și alte locuri de muncă pe care le-ar putea interesa
Calculatoare obiecte în criminologie. Utilizarea tehnologiei informației în activitatea infracțională. Mecanismul Caracteristici sledoobrazovaniya în crime cu ajutorul echipamentelor informatice. Are o examinare de anchetă în investigarea infracțiunilor comise cu utilizarea echipamentelor informatice.