Способы охлаждения, или физические принципы понижения температуры в обратных циклах.
Для непрерывного искусственного охлаждения в низкотемпературных установках реализуются различные циклы с разными хладагентами. Каждый цикл включает несколько процессов, и, по крайней мере, один из них должен сопровождаться эффектом понижения температуры в адиабатных условиях или поглощением теплоты в изотермических. Если подобный процесс в цикле протекает при изотермических условиях, то именно в этом процессе теплота от охлаждаемого тела передается в цикл. Если процесс протекает в адиабатных условиях, то теплота вводится в цикл к рабочему телу, охлажденному после этого процесса.
Из числа процессов, которые используются в циклах для понижения температуры рабочего тела, наиболее распространенными являются следующие:
- • изменение агрегатного состояния (фазовые превращения), сопровождающиеся поглощением теплоты (плавление, парообразование, сублимация, растворение соли);
- • расширение сжатого газа с получением внешней работы;
- • дросселирование;
- • вихревой эффект;
- • термоэлектрическое охлаждение;
- • десорбция газов.
Большое количество однородных циклов может быть осуществлено на основе любого метода получения холода.
Циклы любых холодильных или криогенных установок содержат процессы производства холода (или совокупность процессов), обеспечивающих непрерывное получение холода. Важное значение для них имеют процессы, сопровождающиеся эффектом понижения температуры в адиабатных условиях. В результате осуществления некоторых из них происходит одновременно и производство холода, например детандирование — расширение газов и паров с совершением внешней работы.
Хотя в процессе дросселирования и не происходит непосредственного производства холода, но обеспечивается необходимое изменение температуры (и агрегатного состояния) рабочего тела в циклах.
Процессы испарения (плавления, сублимации), адсорбции, растворения обеспечивают возможность передачи теплоты в цикл от охлаждаемого тела при его определенной температуре.
В низкотемпературных установках широко используются также процессы рекуперации холода (теплоты) в рекуперативных и регенеративных теплообменных аппаратах, где происходит теплообмен между потоками рабочего тела с различными температурными потенциалами и таким образом обеспечивается достижение заданной низкой температуры. Большое значение эффективность процессов рекуперации холода имеет для криогенных циклов п установок, работающих на уровне температур ниже 40 К и особенно ниже 5 К.
При определении холодопроизводительности какого-либо конкретного действительного цикла необходимо вычислить изменение энтальпии рабочего тела в процессах непосредственного производства холода.
Рассмотрим, каким образом определяется изменение энтальпии в наиболее часто используемых процессах.
