Kurs ishi fan bo'yicha: "Modellashtirish va avtomatlashtirish kimyo muhandisligi"

TEXNIK QISM
Gazlarni siqish va uzatish jarayonlarini matematik modellashtirish va avtomatlashtirish
Gazlarni suyultirish.
Van der Waalsning ideal gazlari holatining tenglamasi shuni ko'rsatadiki, har bir gaz suyuq holatga o'tkazilishi mumkin, ammo buning uchun zarur bo'lgan shart-gazni oldindan sovutish kritik haroratdan past. Masalan, karbonat angidrid xona haroratida suyultirilishi mumkin, chunki uning muhim harorati 31,1°s ga teng.ammiak va xlor kabi gazlar haqida ham aytish mumkin.
Biroq, xona haroratida suyuqlik holatiga o'tkazilmaydigan gazlar ham bor, ular qanday bosim o'tkazmasin va qanday zichliklarga olib kelishi mumkin. Bunday gazlar, masalan, havo (shuningdek, uning tarkibiy qismlari – azot, kislorod va argon), vodorod va geliy, которыхmuhim haroratlar xona haroratidan ancha past. Muhim haroratni ochishdan oldin (Kanyarde La Tour, 1822) ular hatto doimiy gazlar, ya'ni suyultirilgan gazlar deb hisoblanardi.
Bunday gazlarni suyultirish uchun ular oldindan sovutilishi kerak, hech bo'lmaganda tanqidiy haroratdan biroz pastroq bo'lgan haroratga qadar, keyin bosim ortishi bilan gaz suyuqlik holatiga o'tkazilishi mumkin. Shunday qilib, suyultirilgan gazlar atmosfera bosimi ostida (ochiq idishda) saqlanishi uchun qulayroqdir, lekin bu holda ularning harorati yanada past bo'lishi kerak – bu erda haqiqiy gaz izotermining gorizontal qismiga mos keladigan bosim 1 ATMga teng. Uchun azot, bu isotherm mos keladi, bir harorat 77.4 K, da muhim harorati azot hisoblanadi teng 126,1 K. uchun kislorod, bu raqamlar bor mos ravishda teng 90 K va 154,4 K uchun vodorod 20,5 K va 33 K va, nihoyat, helium da 4.4 K va 5.3 K. edi, biz zikr to'rt gaz, chunki ular keng ishlatiladi: bir vosita sifatida hamda ishlab past haroratlarda (refrigerants), va boshqa maqsadlar uchun.
Muhim harorat va suyultirilgan gazlar sovutilishi kerak bo'lgan oxirgi haroratning yuqoridagi raqamlaridan визно ,sovutish tabiatda (er sharoitida) hech qanday joyda mavjud bo'lmagan juda muhim bo'lishi kerak. Bunday kuchli sovutishga erishish uchun odatda ikkita usul ishlatiladi (alohida va kombinatsiyalangan), biz bu erda ko'rib chiqamiz.
Ulardan birinchisi Joule-Tomsonning ta'siri deb ataladi.
Joule-Tomsonning Ta'siri.
Ideal gazning bo'shliqqa kengayishi uning harorati o'zgarishi bilan birga kelmaydi.
Aniq o'lchovlar bilan kuzatilgan haroratning engil o'zgarishi gazning etishmasligi bilan bog'liq. Joule va Tomson tomonidan tavsiya etilgan gazni kengaytirish tajribasining navbatdagi modifikatsiyasi gaz haroratining sezilarli o'zgarishiga, xususan, uning ideal bo'lmaganligi sababli sovutishga imkon beradi.
Juda katta, ammo doimiy bosimdagi gaz issiqlik izolyatsiyalangan gözenekli septum orqali oqishga majbur. Bu gaz oqimi adiabatno sodir bo'ladi, degan ma'noni anglatadiадиабатно.
Septumning gidrodinamik qarshiligi gaz bosimining bir qismini yo'qotishiga olib keladi va gaz past bosim ostida septumdan chiqadi. Shuning uchun gaz kengayadi yoki texnikada aytilganidek, gaz yo'qqilinadi. Gaz oqimi uchun qarshilik ko'rsatadigan har qanday qurilma deyiladi. Gazlarni sovutish uchun texnik qurilmalarda g'ovakli septum o'rniga tez-tez juda tor nozullar ishlatiladi.
Для того,Gaz bosimi barqaror bo'lishi uchun, ya'ni. gazning har ikki tomonida doimiy bosim qiymatlari bilan sodir bo'lgan bo'lsa, bu bosimlarni doimiy ravishda qo'llab – quvvatlaydigan har qanday nasos (kompressor) talab qilinadi. Ushbu kompressor gazning tashqi siqishni ishini ishlab chiqaradi, bu esa gazning qarshiligini engib o'tishga sarflanadi. Bu gazning kengayishi jarayoni дросселированияgazni bo'shliqqa kengaytirishdan farq qiladi, unda tashqi ish nolga teng.
Biz ko'rsatamizki, ideal bo'lmagan gaz uchun Joule – Tomson jarayoni, ya'ni gazning jarayoniдросселирования, umuman olganda, uning harorati o'zgarishi bilan birga bo'lishi kerak. Ideal gazning bir xil kengayishi harorat o'zgarishiga olib kelmaydi.
Adiabat kengayish vaqtida gaz haroratidagi o'zgarish hodisasi дросселированиемJoule – Tomsonning ta'siri deb ataladi.
Joule-Tomson jarayonida nomukammal gaz haroratining o'zgarishi gazning kengayishi bilan molekulalar orasidagi masofa oshib borishi va shuning uchun molekulalar orasidagi o'zaro ta'sirga qarshi ichki ishlar amalga oshirilishi bilan izohlanadi. Ushbu ish tufayli molekulalarning kinetik energiyasi va shuning uchun gaz harorati o'zgaradi. Molekulalarning o'zaro ta'sir kuchlari nolga teng bo'lgan ideal gazda Joule-Tomsonning ta'siri yo'q.
Joule – Tomsonning kantitativ ta'siri Joule – Tomsonning differentsial koeffitsienti bilan tavsiflanadi, bu gaz haroratining o'zgarishi nisbati bilan belgilanadiТ к вызвавшему его изменение давления Δр.
m = DT /D r.р.
Joule – Tomson koeffitsientini hisoblab chiqamiz, ajratilgan termodinamik nisbatlardan foydalanamiz. Ushbu hisoblash muayyan muammolarni hal qilish uchun termodinamikadan foydalanishning foydali namunasidir. Ammo, bu hisob-kitoblarni boshlashdan oldin, Joule – Tomsonning jarayonini batafsil tahlil qilamiz. Buning uchun biz bu jarayonni biroz tasavvur qilamiz.
Tasavvur qilaylik, ma'lum bir massa, masalan, 1 mol gaz, chapdan o'ngga, gözenekli septum L (shakl. 1) issiqlik izolyatsiyalangan tsilindrga joylashtirilgan.
shakl. 1

Gazlar( frantsuz gaz, gollandiyalik olim J. B. Helmont tomonidan taklif etilgan nom), uning zarralari bog'liq bo'lmagan yoki o'zaro ta'sir kuchlari bilan juda zaif bog'langan va erkin harakat qiladigan moddaning umumiy holati, unga taqdim etilgan barcha hajmni to'ldiradi. Gazlar bir qator xarakterli xususiyatlarga ega. Qattiq jismlar va suyuqliklardan farqli o'laroq, gaz miqdori bosim va haroratga bog'liq.

Moddaning davlat diagrammasi shakl.1:
h
ar qanday modda bosim va haroratni to'g'ri tanlash orqali gaz holatiga o'tkazilishi mumkin. Shuning uchun, gazsimon davlat mavjudligi mumkin maydoni o'zgaruvchilar tasvirlashga grafik qulay: bosim p-harorat T (p, t-diagrammasi, guruch. 1). Kritik t k dan past haroratlarda_к bu maydon sublimatsiya egri (sublimatsiya) / va bug'lanish II bilan cheklangan. Bu shuni anglatadiki, kritik p k dan past bo'lgan har qanday bosim_к существует температура ostida t harorati mavjud (qarang: shakl. 1), sublimatsiya yoki bug'lanish egri bilan belgilanadi, undan yuqori modda gazga aylanadi. (Uch nuqtasi t_{p quyida)egri 1 davlatlar}, gaz qattiq (qattiq faza) bilan muvozanatda bo'ladi, va egri II (uch va tanqidiy nuqtasi K o'rtasida) - suyuq faza bilan. Ushbu holatlardagi gaz odatda moddaning bug ' deb ataladi.
При температурах ниже T_{k dan past haroratlarda} gazni jamlash mumkin. - puni boshqa agregat holatida (qattiq yoki suyuq) bid'at qiladi. Shu bilan birga, gazning suyuqlikka yoki qattiq jismga fazaviy konvertatsiyasi keskin tarzda sodir bo'ladi: bosimning juda kichik o'zgarishi moddaning bir qator xususiyatlarida (masalan, zichlik, issiqlik quvvati va boshqalar) yakuniy o'zgarishga olib keladi. Gaz kondensatsiya jarayonlari muhim texnik ahamiyatga ega.
ПриT > > T bilan_к gazsimon hududning chegarasi shartli, chunki bu haroratlarda o'zgarishlar o'zgarmaydi. Ba'zi hollarda gaz o'rtasidagi shartli chegarauchun. va superkritik harorat va bosimdagi suyuqlik moddaning muhim izochorasini oladi(doimiy zichlikdagi egri yoki o'ziga xos hajm, rasmga qarang). 4), yaqin atrofda, moddaning xususiyatlari o'zgarib turadi, garchi u sakrashsiz bo'lsa-da, lekin ayniqsa tez.
В связи с темGaz holatining maydoni juda keng bo'lgani sababli, harorat va bosim o'zgarganda gazlarning xususiyatlari keng farq qilishi mumkin.
Boshqa tomondan, yuqori bosimlarda, superkritik haroratlarda gaz deb hisoblanishi mumkin bo'lgan modda katta zichlikka ega (masalan, ba'zi yulduzlarning markazida ~10⁹ g/sm³). Gazlarning boshqa xususiyatlari - issiqlik o'tkazuvchanligi, viskozite va boshqalar.
Gazlarni suyultirish-modda gaz holatidan вsuyuqlikka o'tish. Bu muhim harorat (t_k) va bug ' shakllanishi (kondensatsiya) issiqlik olib tashlash natijasida keyingi kondensatsiya quyida ularni sovutish orqali erishiladi.
T_{K quyida} gaz sovutish gaz ( Тmavjud emas t > T>_{K suyuqlik da) suyuqlik ichiga jamlangan mumkin bo'lgan harorat maydoni erishish uchun zarur} bo'lgan. Gaz (ammiak) birinchi marta 1792da (gollandiyalik fizik M. van Marum) suyultirilgan. Xlor 1823 (M. Faraday), kislorod — 1877 (Shveytsariya olimi R. Pikte va frantsuz olimi L. P. Calete), azot va karbon monoksit — 1883 (Z. F. Vroblevskiy va K. Olshevskiy) vodorod — 1898 (JK. O'tish: saytdaharakatlanish, qidiruvКамерлинг-Оннес).
g
azlarni suyultirishning ideal jarayoni FIG. 2.
Shakl.2
Isobara 1-2 kondensatsiya boshlanishidan oldin gazni sovutishga mos keladi,
izoterm 2-0-gaz kondensatsiya.
Quyida maydoni 1-2-0 uning suyultirilganda gaz ajratilgan bo'lishi kerak issiqlik miqdori teng, va kontur 1-2-0-3 (1-3 — izotermik gaz siqish,
3-0-adiabatik kengayish) термодинамически минимальную работу L_{gazni suyultirish uchun zarur bo'lgan termodinamik minimal l min ishini tavsiflaydi}.

L_min = T₀(S_g — S_g) — (J_g - J_g),

bu erda t₀-atrof-muhit harorati; S_g, S_g-gaz va suyuqlikning entropiyasi; J_g, J_g-gaz va suyuqlikning issiqlik tarkibi (entalpiya).

Значения L_min и действительно затрачиваемой работы Bir qator gazlarni suyultirish uchun l D qiymatlari va chindan ham sarflangan ish_Д jadvalda keltirilgan.
Промышленное сжижение газа с критической температурой Т_К(Masalan, ammiak, xlor kabi) atrof-muhit harorati yuqorida muhim harorat T K bilan sanoat gaz sıvılaştırma gaz siqilgan kompressor yordamida amalga oshiriladi, va issiqlik değiştiriciler gaz keyingi kondensatsiya, suv yoki sovutish sho'r suv bilan soğutulmuş. _К, котораяAtrof-muhit haroratidan ancha past bo'lgan T K bilan gazni suyultirish chuqur sovutish usullari bilan amalga oshiriladi. Ko'pincha gazni suyultirish uchun. сpast t bilan_К применяются холодильные циклы, основанные на дросселировании, siqilgan gazni (Joule — Tomson effektidan foydalanish) gazning tashqi ishlab chiqarish bilan siqilgan gazni kengaytirish, tashqi ishni bajarmasdan doimiy hajmdan gazni kengaytirish (issiqlik pompasi usuli) asosida sovutish davrlari qo'llaniladi. Laboratoriya amaliyotida ba'zan каскадный методsovutish (suyuqlik) kaskadli usuli qo'llaniladi.
Grafik tasvir va gaz LPG gaz aylanishi diagrammasi shakl berilgan. 3.
s
hakl.3
Kompressorda (1-2) siqilgandan so'ng, gaz issiqlik almashtirgichlarda (2-3-4) ketma-ket sovutiladi va keyin valfda (4-5) kengayadi (qisqaradi). Shu bilan birga, gazning bir qismi suyuqlashadi va to'plamda to'planadi va yutilmagan gaz issiqlik almashtirgichlarga yuboriladi va siqilgan gazning yangi qismlarini sovutadi. дросселированиемT3 ning asosiy issiqlik moslamasiga kirishdan oldin siqilgan gaz harorati inversiya nuqtasi haroratidan past bo'lishi kerak. Buning uchun tashqi T2 sovutish agenti bilan issiqlik almashtirgich sifatida xizmat qiladi. Agar gazning teskari nuqtasining harorati xona (azot, argon, kislorod) dan yuqori bo'lsa, u holda elektron T1 va T2 issiqlik almashtirgichlarsiz asosan ishlaydi. Bunday hollarda xorijiy sovutgichlardan foydalanish suyuqlik chiqimini oshirish uchun mo'ljallangan. Agar teskari gaz nuqtasining harorati xona haroratidan past bo'lsa, tashqi sovutgichli issiqlik almashtirgich talab qilinadi. Misol uchun, vodorodni дросселированияgaz bilan suyultirishda suyuq azot xorijiy sovutgich sifatida ishlatiladi, geliyni suyuq vodorod bilan suyultirishda ishlatiladi.
Sanoat miqyosida gazni suyultirish uchun tez-tez ishlatiladigan tsikllar (FIG. 4), chunki tashqi ish bilan gazlarni kengaytirish eng samarali sovutish usuli hisoblanadi.
s
hakl.4
Detanderda suyuqlik odatda olinmaydi, chunki qo'shimcha gaz bosqichida o'z-o'zidan suyuqlik qilish texnik jihatdan osonroqdir. Kompressor (1-2) va issiqlik değiştiricisinde oldindan sovutish (2-3) siqish so'ng, siqilgan gaz oqimi 2 qismga bo'linadi: m qismi kengaytirish, tashqi ish ishlab chiqaradi va soğutulmuş (3-7) detander, beriladi. Soğutulmuş gaz, 1-m siqilgan gazning qolgan qismini haroratini pasaytiradigan issiqlik almashtirgichga beriladi, bu esa keyinchalik eziladi va suyultirilgan bo'ladi. Nazariy jihatdan, detanderda kengayish doimiy entropiya (3-6) bilan amalga oshirilishi kerak. Biroq, yo'qotishlar tufayli kengayish 3-7 liniyasi bo'ylab oqadi. Gazni suyultirish jarayonining termodinamik samaradorligini oshirish uchun ba'zan turli harorat darajasida ishlaydigan bir nechta detanderlar qo'llaniladi.
Issiqlik nasoslar bilan ko'chadan odatda детандернымиgeliy tashqari barcha gazlar sıvılaştırma uchun etarli bo'lgan, 12 K qadar harorat olish imkonini beradi sovutish va gaz mashinalari yordamida gaz sıvılaştırma paytida (detander va gaz ko'chadan bilan birga) ishlatiladi ( Кqarang.). Geliyni suyultirish uchun mashinaga qo'shimcha gaz keladigan qadam qo'shiladi.
Sıvılaştırılmıştır gazlar suv bug'lari, neft va boshqa ifloslanishlardan tozalangan bo'lishi kerak (masalan, havo — karbonat angidrid, vodorod dan — havodan), sovutish paytida qattiqlashishi va issiqlik almashish uskunalar tiqilib mumkin. Shuning uchun gazni begona moddalardan tozalash birligi gazni suyultirish qurilmalarining zarur qismidir.
Qaynash nuqtasi t_{kip qiymatlari} (760 mm da.. rT. st.), tanqidiy harorat T_k, minimal l_min va_Д ba'zi gazlarni suyultirishning haqiqiy l D ishlari:

Gaz	TKipUchun	TK, Uchun	Lmin, kW•h/kg	Ld, kWh/kg
Azot Argo Vodorod Havo Helium, Kislorod, Methane, Neon Propan Ethylene	77,4 87,3 20,4 78,8 4,2 90,2 111,7 hamda 27.1 miqdori 231.1 169,4	126,2 150,7 33,0 132,5 5,3 154,2 191,1 44,5 370,0 282,6	0,220 0,134 3,31 0,205 hamda 1.93 0,177 0,307 0,37 0,04 0,119	1,2—1,5 0,8—0,95 15-40 1,25—1,5 15-25 1,2—1,4 0,75—1,2 3-4 ~ 0,08 ~ 0,3

Gazlarni suyultirish (kondensatsiya) газовfaqat Tc dan kichik bo'lgan haroratga sovutilgandan keyin amalga oshirilishi mumkinТк.

O'tish: saytda harakatlanish, qidiruv détendre-gevşetmek uchun), gaz sovutish mashinasi, tashqi ish chiqishi bilan kengaytirish orqali. Detander kengaytirish mashinalari sinfiga tegishli, lekin u asosan tashqi ishni bajarish uchun emas, balki sovuqni olish uchun ishlatiladi. Detanderdagi gazni kengaytirish uni sovutishning eng samarali usuli hisoblanadi. Detander gazlarni suyultirish va gaz aralashmalarini chuqur sovutish usuli bilan ajratish, kriogen sovutgichlarda, yuqori balandlik va kosmik sharoitlarni simulyatsiya qiluvchi qurilmalarda, ayrim konditsioner tizimlarda va boshqalarda ishlatiladi.

Eng keng tarqalgan piston detektorlari. va turbodetanders :
p
istonli detander


Pistonli detanderlar - siqilgan gazning potentsial energiyasi pistonni harakatga keltiradigan gazning alohida qismlarini kengaytirganda tashqi ishlarga aylantiriladigan volumetrik davriy harakatlar mashinalari. Ular vertikal va gorizontal, bitta va ko'p qatorli. Piston detektorlarini tormozlash elektr generatori va kamroq tez-tez kompressor tomonidan amalga oshiriladi.
Ular, asosan, yuqori 15-20 mn/m² (150-200 kGs/sm²) va o'rtacha 2-8 Mn/M² (20-80 kGs/sm²) gazning harorat va bosimdagi hajmiy xarajatlari uchun bosim (jismoniy xarajatlar) 0,2-20 m³/soat.

Markaziy reaktiv turbodetander

Turbodetanders-uzluksiz harakat spatula mashinalari, unda oqim kinetik ichiga gaz salohiyati energiya qismini aylantirgan sobit hidoyat kanallar (ko'krak) orqali o'tadi,va rotor qaytib spatula kanal tizimi, oqim energiyasi mexanik ish aylanadi qaerda, gaz sovutish natijasida.
Ular oqim harakati yo'nalishi bo'yicha markazlashtiruvchi, santrifüj va eksenellarga bo'linadi ; nozullardagi gazni kengaytirish darajasiga ko'ra-faol va reaktiv; kengayish bosqichlari soniga ko'ra - bitta va ko'p bosqichli. Eng keng tarqalgan reaktiv bir bosqichli markazlashtirilgan detander P. L. Kapitsey tomonidan ishlab chiqilgan. Turbina detanderlarining inhibatsiyasi elektr generator, gidrotormoz, supercharger, nasos bilan amalga oshiriladi.
Turbodetanderlar asosan 0,4-0,8 mn/m² (4-8 kGs/sm²) past bosimli sovutgichli qurilmalarda qo'llaniladi, gazning katta hajmli (jismoniy) xarajatlari uchun 40-4000 m³/ soat. 1,5-40 m 3/soat hajmli gaz iste'moli bilan past, o'rta va yuqori bosimli sovutish davrlari uchun turbodetanderlar yaratilgan.³/ч. Эти машины характеризуются малыми размерами (диаметр рабочего колеса 10-40 мм) и высокой частотой вращения ротора (100000-500000 об/мин).

Adiabat jarayoni

Adiabat jarayoni atrof-muhit bilan issiqlik almashinuvisiz jismoniy tizimda yuzaga keladigan jarayondir. Adiabat jarayoni issiqlik izolyatsiyasi (adiabat) qobig'i bilan o'rab olingan tizimda amalga oshirilishi mumkin. Bunday adiabatnogo jarayonining misol-gaz (bug') issiqlik-izolyatsiya devorlari va piston bilan silindir kengaymoqda bo'lgan issiqlik mashina ish soat, issiqlik ichiga ishqalanish qaytmas o'zgarishlar yo'qligida.
Adiabat jarayoni adiyabat qobig'i bo'lmasa ham amalga oshirilishi mumkin; buning uchun u jarayon davomida tizim va atrof-muhit o'rtasida issiqlik almashinuvi yo'qligi uchun juda tez oqishi kerak. Bu, masalan, gazning zarba to'lqini bilan siqilishi bo'lib, unda chiqarilgan issiqlikni berish uchun vaqt yo'q gaz juda issiq bo'ladi. 1 km/s (zamonaviy supersonik samolyotlar tomonidan erishilgan tezlik) va zarba to'lqini ta'siri ostida havo siqish haqida to'lqin tezligi 4 marta havo harorati tashqi kuchlar va molekulalar o'zaro jalb kuchlari qarshi ish bilan gaz Adiabatnoe kengaytirish 700 S ko'tariladi sovutish sabab bo'ladi. Bunday gazlarni sovutish gazlarni suyultirish jarayonining asosini tashkil etadi paramagnetik tuzlarning magnitlanish jarayoni mutlaq nolga yaqin haroratni olish imkonini абсоллютномуberadi.
Adiabat jarayonlari qayta tiklanishi va qaytarilmasligi mumkin. Qaytariladigan adiabat jarayonida tizimning entropiyasi doimiy bo'lib qoladi. Shuning uchun, qaytariladigan adiabat jarayoni ham izoentropik deb ataladi. Tizimning davlat diagrammasi adiabat yoki izoentrop deb nomlangan egri tasvirlanganизоэнтропой. Qaytarilmas adiabat jarayonlarida entropiya ortadi.
Past harorat
Past haroratlar-kriogen haroratlar, odatda, suyuq havoning qaynoq nuqtasi (taxminan 80 K) ostida joylashgan haroratlar. Bunday haroratlar odatda mutlaq noldan (-273,15 syoki 0 K) hisoblab chiqiladi va Kelvin (K) da ifodalanadi.
1971 xalqaro sovuq instituti 13 Kongressida kriyojenik harorat 120 K quyida harorat deb atash kerak bo'lgan tavsiyasi qabul qilindi. ammo, bu tavsiya hali keng tarqalgan emas; ushbu maqola past harorat chegarasi ~ 80 K bilan bog'liq.
Past haroratni olish. Suyultirilgan gazlar odatda past haroratni olish va saqlash uchun ishlatiladi. Atmosfera Дьюараbosimi ostida bug'langan suyultirilgan gazni o'z ichiga olgan Dewar kemasida Sovutgichning normal qaynash nuqtasi t n doimiy ravishda yaxshi saqlanadi_n хладоагента. Quyidagi sovutgichlar (suyultirilgan gazlar) amalda qo'llaniladi: havo (T_N = 80 K), azot (t_n = 77,4 K), neon (T_N = 27,1 K), vodorod (T_N = 20,4 K), geliy (T_N = 4,2 K). Suyuq gazlarni olish uchun maxsus sovutish moslamalari mavjud bo'lib, unda oddiy bosimga qadar kengaytirilganda qattiq siqilgan gaz sovutiladi va kontsentratsiyalanadi. Suyultirilgan gazlar Dewar tomirlarida va yaxshi issiqlik izolyatsiyasi (chang va gözenekli issiqlik izolyatorlari, masalan, ko'pik) bo'lgan kriostatlarda etarlicha uzoq davom etishi mumkin.
Bug'langan gazni muhrlangan idishdan chiqarib, suyuqlik ustidan bosimni pasaytirishi va shu bilan uning qaynash nuqtasini kamaytirishi mumkin. Shunday qilib.о, изменениемqaynayotgan suyuqlik ustidagi bug ' bosimining o'zgarishi uning haroratini tartibga solishi mumkin. Sovutgichning tabiiy yoki majburiy konvektsiyasi va yaxshi issiqlik o'tkazuvchanligi хладоагентаsuyuqlikning butun hajmida haroratning bir xilligini ta'minlaydi. Shunday qilib, 77 k dan 63 K gacha bo'lgan 27 K dan 24 k suyuq neongacha bo'lgan suyuq azot bilan 20 K dan 14 K gacha bo'lgan suyuq vodorodga, 4,2 K dan 1 k - suyuq geliyga qadar keng harorat oralig'ini yopish mumkin.
Nasos yordamida haroratni sovutgichning uch nuqtasidan pastroqqa olish mumkin emasхладоагента. Past haroratlarda modda qattiqlashadi va sovutgich sifatini yo'qotadi. Yuqoridagi intervallar orasidagi oraliq haroratlarga maxsus kriostatlarda erishiladi. Soğutulmuş ob'ektтеплоизолируют от , masalan, sovutgichdan izolyatsiyaqilinadi, masalan, suyultirilgan gazga botgan vakuum xonasiga joylashtiriladi. Kamerada kichik nazorat ostida issiqlik chiqishi bilan (u elektr isitgichga ega), tekshirilayotgan ob'ektning harorati sovutgichning qaynoq nuqtasiga nisbatan ko'tariladi хладоагентаva kerakli darajada yuqori barqarorlik bilan saqlanishi mumkin.
Oraliq haroratni olishning boshqa usulida sovutilgan namuna bug'langan sovutgichning yuzasidan joylashtiriladi хладоагентаva suyuqlikning bug'lanish tezligini isitgich bilan tartibga soladi. Bu erda o'rganilayotgan ob'ektdan issiqlikni olib tashlash pompalanadigan gaz oqimini amalga oshiradi. Bu, shuningdek, sovuq gaz, хладоагентаsoğutulmuş ob'ekt bilan issiqlik aloqada bo'lgan, issiqlik değiştiricisi (odatda, bir spiral yoki g'ovakli mis blok o'ralgan mis quvur) orqali ishlaydigan soğutucu bug'lanish paytida olingan bo'lgan sovutish usuli, ishlatiladi.
Atmosfera bosimidagi geliy mutlaq nolga qadar suyuq bo'lib qoladi. Shu bilan birga, suyuq ^{4 u bug'larini nasos}bilan odatda К juda kuchli nasoslar yordamida ham 1 K dan past haroratni olish mumkin emas (bu to'yingan bug ' 4 He va uning supero'tkazuvchanligi juda past elastikligiga to'sqinlik ⁴qiladi). Shuning uchun, Kelvin izotop geliy ³He (t_n = 3,2 K) foydalanish o'ndan haqida haroratga erishish uchun, bu haroratlarda super-uchuvchi emas. Bug'lanish ³u nasos, u 0,3 K suyuqlik harorati kamaytirish mumkin.
0,3 k ostidagi harorat maydoni odatda Ultra past harorat deb ataladi. Bunday haroratni olish uchun turli usullar qo'llaniladi.
Usul adiabatic demagnetization (magnit sovutish) yordamida bir paramagnetic tuz kabi sovutish tizimi boshqaradi erishish N. t ~ 10^-3 K. shu usul yordamida paramagnetism hamda atom nuclei edi erishilgan N. t ~ 10^-6 K. Asosiy muammo usul adiabatic demagnetization (kabi, ammo, va boshqa usullari ishlab past haroratlarda) hisoblanadi amalga oshirish yaxshi issiqlik murojaat o'rtasidagi ob'ekt deb qaynatiladi va sovutish tizimi. Ayniqsaтрудно достижимо, atom yadrosi tizimida erishish qiyin. Atomlarning yadrolari to'plami Ultra past haroratga sovutilishi mumkin, ammo bu yadrolarni o'z ichiga olgan moddaning bir xil sovutish darajasiga erishish mumkin emas.
Bir necha MK buyurtma haroratini olish uchun мКendi yanada qulay usul - ³He вsuyuqligida ⁴He suyuqligini eritib olish. Ushbu maqsad uchun ishlatiladigan qurilma eritmaning muzlatgichi deb ataladi. Действие рефрижераторов растворения основано на том, что ³He mutlaq nol haroratga qadar suyuq 6 He yakuniy o'lchamlari (taxminan 4%) saqlaydi, deb aslida asoslangan sovutish tarqatib yuborish harakat⁴. Shuning чистого жидкого ³uchun, 3 He atomlari ichida 3 He ning seyreltilmiş eritmasi bilan deyarli sof ^{4 He suyuqlik bilan aloqa}He в ⁴He атомы ³qilganda, eritma ichiga o'tadi. Shu bilan birga, eritmaning issiqligi so'riladi va eritmaning harorati pasayadi. Eritma qurilmaning bir joyida (eritma xonasida) amalga oshiriladi va ³He atomlarini eritmadan chiqarib tashlash - boshqa (bug'lanish xonasida). ^{3 He uzluksiz aylanishi}bilan, nasoslar va issiqlik değiştiricileri tizimi tomonidan amalga oshiriladi, u ~ 10-30 mikronli tarqatib yuborish harorati palatasida saqlanishi mumkinмК. neohranichenno uzoq. Issiqlik değiştiricileri samaradorligi va parazit issiqlik oqimini bartaraf - bunday sovutish quvvati nasoslar ishlashi bilan belgilanadi, va juda bemalol past harorat (bir necha mc).
Geliy ³u Pomeranchuk ta'siri yordamida yanada sovutilishi mumkinПомеранчука. Suyuq ³u 30 bardan ortiq bosim ostida qattiqlashadi. 0,3 k dan past haroratlarda К bosim ortishi (34 bargacha bo'lgan chegarada) issiqlik singishi va suyuqlik va qattiq bosqichlarning muvozanat aralashmasining harorati pasayishi bilan birga keladi (sertleşme issiqlik assimilyatsiya bilan amalga oshiriladi). Shunday qilib, harorat ~1-2 MK erishildi
Past haroratni o'lchash
Termodinamik haroratni 1 K ga qadar o'lchash uchun asosiy К termometriya qurilmasi gaz termometridir. Asosiy termometrning variantlari akustik va shovqin termometrlari bo'lib, ularning ta'siri termodinamik haroratning gazdagi ovoz tezligi va elektr inshootidagi issiqlik o'zgarishining intensivligi bilan mos ravishda bog'liq. Asosiy pretsesiya termometrlari asosan bir komponentli tizimlarda (repertuar nuqtalari deb ataladi) osongina takrorlanadigan o'zgarishlar muvozanatining haroratini aniqlash uchun ishlatiladi, bu esa mos yozuvlar harorat nuqtalari sifatida xizmat qiladi

Xulosa.

Modellashtirish tadqiqotning eng muhim qismlaridan biridir. Har qanday jarayonni modellashingiz mumkin. Xuddi shu tizim uchun bir nechta modellarni yaratish mumkin, ammo har bir muayyan muammoni hal qilish uchun tadqiqot nuqtai nazaridan eng muhim tomonlarni va aloqalarni aks ettiradigan o'z modeliga ega bo'lish kerak. Model har doim originalga nisbatan taxminan. Biroq, model yordamida olingan natijalar va xulosalar haqiqiy jarayonlarda ishlaydi.

Uzatilgan issiqlik miqdori isitish sirtining maydoniga va isitgich va isitish muhiti o'rtasidagi harorat farqiga bevosita bog'liq. Ya'ni, isitish sirtining maydonini oshirishda issiqlik almashinuvi yanada samarali bo'lishi mumkin. Ushbu topilma eksperimental ma'lumotlarni tahlil qilish natijasida olingan issiqlik uzatish tenglamasi bilan tasdiqlanadi.
Issiq manbadan sovuqqa issiqlik yo'qotilishi izolyatsiya bilan kamaytirilishi mumkin. Ba'zi hollarda, katta izolyatsiya qatlami, kam issiqlik atrof-muhitga yo'qoladi.
Bu ish juda katta amaliy ahamiyatga ega, chunki u turli jarayonlar modellaridan foydalanish mexanizmlarini tushunish imkonini beradi. Siz har qanday jarayonni modellashtirishingiz va natijada to'g'ri va ishlaydigan xulosalar olishingiz mumkin. Bundan tashqari, men issiqlik almashinuvi jarayonlarining muayyan bog'liqliklarini olishga muvaffaq bo'ldim va kelajakda bu bilimlarni energiya samaradorligini baholash энергоэффективностиva energiya tejash muammolarini hal qilish uchun qo'llash mumkin. Bu ishda, men задачу понять какимular bog'liq bo'lishi mumkin, nima omillar, isitish va sovutish jarayonlari qanday tushunish vazifasini qo'ydi. O'ylaymanki, bu vazifa men tomonidan muvaffaqiyatli hal qilindi.