Расширение в вихревой трубе (эффект Ранка-Хильша).
Французский инженер-металлург Ж. Ранке в конце 20-х годов XX века обнаружил необычное явление: в центре струи газ, выходящий из циклона, имел более низкую температуру, чем исходный. Уже в конце 1931 г. Ранке получает первый патент на устройство, названное им "вихревой трубой" (ВТ), в котором осуществляется разделение потока сжатого воздуха на два потока - холодный и горячий. ВТ могут работать с любыми газообразными рабочими телами (например, с водяным паром) и при самых разных перепадах давлений (от долей атмосферы до сотен атмосфер). Весьма широк и диапазон расходов газа в ВТ (от долей м3/час до сотен тысяч м3/час), а значит и диапазон их мощностей. При этом с увеличением диаметра ВТ (то есть с увеличением ее мощности) повышается и эффективность ВТ. Когда ВТ используют для получения холодного и горячего потоков газа одновременно, трубу делают неохлаждаемой. Такие ВТ называют адиабатными. А при использовании только холодного потока, для повышения холодопроизводительности необходимо охлаждать горячую часть трубы. Большие необратимые потери при расширении в вихревой трубе приводят к высоким энергетическим затратам. Благодаря простоте конструкции данный метод применяется на практике в тех случаях, когда энергетическая сторона вопроса не столь существенна, например, при периодической потребности в охлаждении. Данный способ получения низких температур применяется в вихревых холодильных машинах. 3) Термоэлектрический эффект (эффект Пельтье). При протекании постоянного тока через цепь, состоящую из двух разнородных материалов в местах контакта материалов (места спаев), поглощается либо выделяется (в зависимости от направления тока) некоторое количество теплоты QП (теплота Пельтье), пропорциональное силе тока QП = П ∙ I, где П - коэффициент Пельтье, зависящий от физических свойств материалов и температуры контакта. Наибольший эффект наблюдается при применении полупроводниковых материалов с разным характером проводимости. Энергетическая эффективность термоэлектрических холодильных машин значительно ниже эффективности других типов машин, однако простота, надежность и отсутствие шума в ряде случаев определяют их применение на практике. 4) расширение с совершением полезной работы. Рабочее вещество может совершать полезную работу, если его расширять от давления P1 до давления P2 в специальной расширительной машине, которая называется детандером. Для расширения газов используют поршневые, центростремительные и осевые детандеры. Расширение газа с совершением полезной работы более эффективно, чем дросселирование. 5) Электрокалорический эффект охлаждения (ЭК). Рабочей средой в ЭК- системе является класс диэлектриков со значительной зависимостью дипольного электрического момента Р от напряженности Е электрического поля, называемых сегнетоэлектриками. Процесс охлаждения в такой системе осуществляют изотермической поляризацией сегнетоэлектрика путем наложения поля напряженностью E с отводом теплоты. В итоге энтропия снижается, и последующее изоэнтропное уменьшение Е определяет падение температуры DT. Преимуществом метода является то, что создание электрического поля технически легко выполнимо; эффект может быть реализован в широком интервале температур от 0 до 300 К. Максимум эффекта находится вблизи точки Кюри; так, для КН2Р04 Ткюри = 122 К. Однако, DТ мало и не превышает 0,5—1 К при изменении Е в интервале 0—4 МВ/м. Предполагают, что в ряде случаев такие системы могут быть эффективны.
6) термомагнитное охлаждение. Основано на эффекте Эттингсхаузена (1886г.) и реализуется следующим образом. Вдоль полюсов магнита помещают полупроводниковый стержень (брусок), к торцам которого подводят электрический ток. Взаимодействие электрического и магнитного полей приводит к возникновению в стержне разности температур вдоль вертикальной оси, перпендикулярной к направлению тока и магнитного поля. Эффект охлаждения DT составляет 10 К и более.
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|