ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные узлы ожижителей из "Техника низких температур" Ранее было установлено, что основным условием ожижения газа является наличие холодильного цикла, способного отводить тепло от газа вплоть до достижения температуры конденсации. Главными условиями создания лучшего ожижительного цикла являются 1) холодильный цикл с максимально возможным к. п. д., 2) оборудование, в котором получающийся холод сохраняется на-илучшим образом. [c.25] ВЫСОКОЙ температурой кипения наконец, холодильный цикл с детандером, который теоретически позволяет приблизиться к осуществлению фазы изоэнтропийного расширения цикла Карно. Оборудование для сохранения (консервации) холода было представлено противоточными теплообменниками и регенераторами, использованными П. Л. Капицей в цикле низкого давления. Кроме того, в установках глубокого охлаждения имеется тепловая изоляция, сводящая к минимуму приток тепла из окружающей среды к холодным частям ожижителя. Изоляция будет рассмотрена в других главах книги. Здесь необходимо лишь отметить следующее. Обычно в ожижителях воздуха холодопроизводительность настолько велика, что для существенного уменьшения коэффициента ожижения изоляция должна быть чрезвычайно плохой. Однако при ожижении водорода и гелия роль изоляции значительно возрастает. [c.26] Некоторые изменения, повышающие к. п. д. процесса ожижения воздуха, могут быть сделаны и в других процессах глубокого охлаждения. Ниже приведено описание некоторых наиболее хорошо зарекомендовавших себя улучшений, а также остроумного, но еще не испытанного холодильного устройства, которое, как нам кажется, найдет применение в будущем. Несмотря на то, что компрессор является составной частью холодильного цикла и его к. п. д. непосредственно влияет на общий к. п. д. ожижителя, в данной книге мы не будем его рассматривать, поскольку компрессор не может быть отнесен исключительно к криогенному оборудованию. К. п. д. компрессоров указываются в каталогах. [c.26] Одним из последних успехов в данной области является теплообменник конструкции Коллинза (фиг. 1.9). Он состоит из нескольких концентрически расположенных медных труб, на которые плотно намотана спираль из медной ленты. Спираль припаяна мягким припоем к наружной поверхности трубки, которую она окружает, и к внутренней поверхности следующей трубки большего диаметра. Поверхность теплообмена за счет спирали резко увеличивается. В то же время обеспечена передача тепла по ребрам путем теплопроводности. [c.28] Такие теплообменники изготавливаются с числом кольцевых секций до трех. Для поступающего и уходящего газа можно выбирать различные секции, исход из рабочего давления газа и его объемного расхода. [c.28] Паркинсоном [7] описан теплообменник относительно простой конструкции с низкой теплоемкостью и высоким к. п. д. Он состоит из нескольких спиралей малого диаметра и шага, образованных медными трубками высокого давления. Эти спирали навиты в несколько заходов на тонкостенную трубу из материала с малой теплопроводностью. Снаружи на них плотно надет кожух также из материала с малой теплопроводностью (фиг. 1.10). Обратный поток низкого давления проходит в кольцевом зазоре между внутренней и наружной трубами, находясь в хорошем тепловом контакте с трубками высокого давления. [c.28] НИЗКОГО давления. Поперечное сечение такого теплообменника см. на рис. 1.11. При такой конструкции в теплопередаче участвуют все поверхности, кроме внутренней поверхности трубы большого диаметра. Этот пример показывает, к чему следует стремиться при конструировании теплообменников. Поскольку все поверхности, омываемые газом, вызывают появление трения газа (и поэтому каждая из поверхностей увеличивает гидравлическое сопротивление), весьма целесообразно, чтобы все поверхности участвовали также в теплообмене между двумя газовыми потоками. [c.29] Это позволяет получить наиболее благоприятное соотношение между к. п. д. теплообменника и его гидравлическим сопротивлением. В теплообменнике Гэмпсона наружная труба является в смысле теплообмена бесполезной. В теплообменнике Коллинза все поверхности участвуют в теплопередаче, так как спаянная с трубками спираль обеспечивает хороший тепловой контакт между ними. [c.29] Теплообменник конструкции Паркинсона. [c.29] При изучении процесса теплопередачи рекомендуется хорошо усвоить высказанные соображения, так как они являются основными и указывают, что в целом ряде случаев увеличение к. п. д. теплообменника принципиально невозможно. Ими можно также пользоваться для проверки правильности выбора ожижительного цикла. [c.31] Несколько ниже (в этой же главе) при изучении процесса ожижения гелия мы дадим практическое применение этого уравнения. Полезность уравнения (1.14), или эквивалентного ему (1.14а), очевидна из графиков фиг. 1.12. На этих графиках по оси ординат отложены значения МАЛ, а по оси абсцисс — температура. На фиг. 1.12, Л показан случай, встречающийся обычно в последнем теплообменнике дроссельного ожижителя, в котором массовый расход обратного холодного потока гораздо меньше расхода прямого теплого потока. Неприятный в смысле теплопередачи случай изображен на фиг. 1.12, Б. Зависимость удельной теплоемкости одного из потоков от температуры такова, что для того, чтобы температурный напор в середине теплообменника имел знак, обеспечивающий возможность теплопередачи, разности температур на обоих концах теплообменника должны быть достаточно большими. При обратном положении, изображенном на фиг. [c.31] В случае толстостенных или ребристых трубок приходится учитывать различную величину поверхности, омываемой каждым из потоков. [c.32] Вычисление коэффициентов теплоотдачи и гидравлического сопротивления. В реальных теплообменниках вычисление коэффициентов теплоотдачи и гидравлического сопротивления является весьма сложной задачей По этому вопросу существует большое количество экспериментальных данных и эмпирических формул, основанных на анализе размерностей и результатах экспериментов. Для более глубокого изучения вопроса можно рекомендовать книги Мак-Адамса [8] и Якоба [9] ). [c.33] Для предварительных вычислений мы приводим две формулы из Мак-Адамса, а также дополнительные сведения по их применению. [c.33] Физические свойства газа, используемые в уравнении (1.20), берутся при температуре основной части (ядра) потока, т. е. при осредненной по массовому расходу температуре в поперечном сечении данной секции теплообменника. Подставляемые в уравнение (1.20) величины могут быть выражены в любой (но в одной и той же) системе единиц. [c.33] Индекс 1 относится к началу, а индекс 2 — к концу рассматриваемого участка трубы. [c.34] Если / значительно изменяется по длине трубы, в уравнение (1.21) можно подставлять среднее значение /ср.. Системы единиц, которые можно использовать в уравнениях (1.20) и (1.21), указаны в табл. 1.3 ). [c.34] Задача. Изображенный на фиг. 1.13 теплообменник используется для теплообмена между двумя потоками газообразного водорода. Поток (0,454 кг1мин) при 5 ата и 20° С поступает в центральную трубку сверху и уходит из нее снизу при —73,5° С. Поток 2 (0,363 кг1мин) входит в кольцевой зазор снизу при давлении 1,5 ата. [c.34] Необходимо а) найти давление потока / на выходе б) найти температуры потока 2 на входе и выходе. [c.35] Вернуться к основной статье