低溫原理講課教案

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低溫原理講課教案

第一章低溫工程的性質(zhì)

尋常指Ts?120K的工質(zhì)為低溫工質(zhì)

與制冷工質(zhì)的不同：1、即可作為制冷工質(zhì)，又可作為原料、產(chǎn)品。2、可以是相變制冷，可能是單相制冷。3、單靠加壓不能液化。

低溫與普冷的區(qū)別：1、可能是閉式循環(huán)，也可能是開(kāi)式循環(huán)。2、高低溫?zé)嵩礈夭钶^大，須采用回?zé)嵯到y(tǒng)。以120K為界以下：

（1）烴類：烷、烯、炔約120K（Ts）

石油氣（戊，已烷），自然氣（甲烷）

（2）空分成分：O2ArN2約80K

（3）超低溫：H2,20K,He,4.2K

§1-1低溫工程的種類

120K級(jí)的低溫：自然氣（廣義）的液化分開(kāi)石化行業(yè)80K級(jí)的低溫：空氣的液化分開(kāi)制氧行業(yè)20K級(jí)以下的低溫：氫氣的液化，氦的液化。

低溫工程的性質(zhì)：

??用以燃燒（1）甲烷CH4，自然氣的主要成分：??化學(xué)產(chǎn)??民用??汽車H2Ts?111.7KM?16(2)(3)(4)氧O2氮N2氬Ar

M：32M：28M：40Ts:90k??Ts:77k?空氣主要成分Ts?87k??——煉鋼???——保護(hù)氣?——焊接保護(hù)氣?

（5）氖NeM:20Ts:27k來(lái)自空氣，

燈炮氣

（6）氫H2M:2Ts:20k來(lái)自煤、自然氣，燃料（7）氦HeM:4Ts:4.20k來(lái)自合成氨尾氣、自然氣所指的低溫技術(shù)：

（1）獲得純凈的低溫介質(zhì)（分開(kāi)技術(shù)）（2）獲得低溫液態(tài)工質(zhì)（液化技術(shù)）

（3）利用低溫工質(zhì)獲得所需的低溫溫度（低溫制冷技術(shù)）（4）利用低溫制冷獲得高真空（低溫泵）（5）低溫工質(zhì)的保存與運(yùn)輸（6）低溫絕熱技術(shù)。

§1-2空氣及其組成氣體的性質(zhì)空氣=干空氣+水蒸氣干空氣：N2O2ArCO2

制冷劑

78%21%1%

二元：N2+O2三元：N2+O2+Ar

可寫(xiě)作理想氣體對(duì)待，M=28.97，Ts?78.9(泡點(diǎn))/81.7(露點(diǎn))在相平衡（汽/液）狀況下：

液體中，N2：59%O2：40%Ar：1%（1）N2：安全，無(wú)味無(wú)毒，保護(hù)氣體，

LN2

是極好的冷源介質(zhì)，保存生命（生物），預(yù)冷和保護(hù)層（LN2,LHe）

（2）O2：助燃，促進(jìn)動(dòng)植物生命新陳代謝，很活潑。易于爆炸，在空分裝置，輸氧管道，…。

LO2是無(wú)色，煉鋼助燃，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，焊接，切割??。

（制氧機(jī)的名字來(lái)源）

（3）Ar，隋性氣體（不氧化），作為保護(hù)氣體或切燈泡氣，空氣含量大。（4）Ne：很好的制冷劑，安全可靠（Ts?27k）

所謂的空分：就是從空氣中提取N2、O2、Ar以及Ne??。

主要是低溫分開(kāi)，此外還有常溫分開(kāi)方法：分子篩變壓吸附（SPA），膜分開(kāi)等。

§1-3氫的性質(zhì)

（1）性質(zhì)最為繁雜的低溫工質(zhì)有三個(gè)同位素HDT。H：0個(gè)中子，1個(gè)質(zhì)子；D：1個(gè)中子，1個(gè)質(zhì)子

氫是H2和HD的混合物，而HD僅占0.026~0.032%的比例。

H2的密度最小，Cp最大，?最小、?最小，擴(kuò)散能力很強(qiáng)，可以滲透金屬。H2：a、制冷工質(zhì)b、清白燃料c、重氫的原料

不易處理，易燃易炸，易泄漏。

（2）正氫與仲氫

Ortha-Hydrogen正氫，雙原子同向旋轉(zhuǎn)Para-Hydrogen仲氫，雙原子異向旋轉(zhuǎn)平衡氫(e-)=OH2?PH2?f(T)

正常氫（標(biāo)準(zhǔn)氫）(n-)=75%OH2?25%PH2（O—P）正—仲轉(zhuǎn)化，放熱反應(yīng)，汽態(tài)時(shí)要催化。轉(zhuǎn)化熱>汽化潛熱，液態(tài)時(shí)可自動(dòng)轉(zhuǎn)化，但很慢。

LH2的儲(chǔ)存：由于轉(zhuǎn)化熱放出，易于汽化，故生產(chǎn)LH2時(shí)加催化劑。促使O→p

轉(zhuǎn)化。（n→e的放熱，和n→P的放熱）

所以H2的性質(zhì)有多種

正常氫（n?H2），平衡氫（e?H2），仲氫（p?H2）同位素有D2

正常氘（n?D2），??。

§1—4氦的性質(zhì)

3He4He氦有兩種同位素

M?3Ts?3.19??4?4.2k??主要是自然氣中提取

尋常指的氦為4He，同為3He含量很少。

氦是最難液化的氣體，很長(zhǎng)時(shí)間被認(rèn)為是永久氣體。

氦有兩個(gè)三相點(diǎn)，在25bar以下得不到固體He，但存在一個(gè)高階的液態(tài)相變

LHeⅠ?LHeⅡ：叫做超液氦，中間的線叫入線。

入轉(zhuǎn)變點(diǎn)約2.17K，“?〞顯示了Cp的變化關(guān)系—突變，無(wú)

HeⅠ?HeⅡ氣化潛熱

HeⅡ特性：（1）超流性??0,“爬膜〞、“噴泉〞

（2）超導(dǎo)熱性???。當(dāng)T?2.17時(shí)，HeⅠ/HeⅡ的混合物存在。

T?，HeⅡ越高。

[超導(dǎo)特性是固體導(dǎo)電特性（電阻為0，抗磁性=?）]超導(dǎo)與超流均為量子特性。

phonon聲子photon光子quantum量子。

其次章獲得低溫的方法

§2-1獲得低溫方法有物理法

（1）相變制冷（液體氣化，固體溶化，固體升華，液體抽氣）

(2)壓縮氣體絕熱節(jié)流（3）等熵膨脹（4）輻射制冷（5）渦流制冷（6）熱電制冷，（7）吸收制冷吸附制冷。

§2-2絕熱節(jié)流

低溫制冷裝置中，主要是絕熱節(jié)流和等熵膨脹（主動(dòng)）什么是節(jié)流過(guò)程：h1?h2

h?h(p,T)理想氣體h?f(T)

焦一湯效應(yīng)，節(jié)流后的溫度變化效應(yīng)（實(shí)際氣體）

??微分節(jié)流效應(yīng)?2????理想氣體?TT?2p?h?2T??vv積分節(jié)流效應(yīng)?T??p2p1?hdp

T不變T降低T增加??h?0??1???T???v??h??????v????h?0?T???P?hcp?????T?p????0?h????v??dh?cdT??T????v?cpp??T?p??????????取決于節(jié)流前的氣體狀態(tài)。

三種狀況內(nèi)在機(jī)理，dh?du?d?pv??0，即du??d(pv)

u?u動(dòng)?u勢(shì)，節(jié)流后du勢(shì)?0，但d(pv)不定，du動(dòng)??du勢(shì)?d(pv)也不確定。

轉(zhuǎn)化溫度與轉(zhuǎn)化