Джоуль- Томсонның интегралдық эффекті мен адиабаталық ұлғаюдың интегралдық эффектін Т-S диаграммада салыстыру

Интегралдық эффектінің диаграмма көмегімен анықталатынын білеміз. Осы екі әдістің интегралдық эффектілерін әр түрлі бастапқы температурада салыстыру 6- суреттегі Т-S диаграммада көрсетілген.

6- сурет. Интегралдық эффектілерінің Т-S диаграммасы

Салыстырудан байқайтынымыз: бастапқы температура неғұрлым жоғары болса, адиабаталық ұлғайғанда температураның өзгеруі дроссельдегендегі өзгерумен салыстырғанда соғұрлым жоғары болады.

Бастапқы температура төмендеген сайын адиабаталық ұлғаюдағы температура өзгеруінің артықшылығы кеми бастайды. Ылғалды бу аймағында екі әдісте де температура өзгеруі бірдей. Адиабаталық ұлғаю арнайы машинады, ал дроссельдеу процессі қарапайым вентильде жүзеге асырылады. Егер осыны еске алсақ, ылғалды бу аймағында температураны төмендету үшін дроссельдеу процессін пайдаланған тиімді. Бу сығымдағышты тоңазытқыш машиналарда тоңазытқыш заттардың күйі осы ылғалды бу аймағында жатады. Міне сондықтан бу сығымдағышты тоңазытқыш машиналарда төменгі температураны алу үшін дроссельдеу әдісі қолданылады. Адиабаталық ұлғаю процесін газдың бастапқы температурасы мен қысымы өте жоғары болған жағдайда пайдалану тиімді. Сондықтан бұл әдіс өте төменгі температураны алу үшін көп қолданылады. Мысалы, ауа, азот, сутегі және т.б. сұйылу температуралары өте төмен газдарды суыту және сұйылту үшін қолданылады.

1.7. Құйынды эффект (Ранк эффектісі)

Француз инженері Ранк арнайы құбырда құйынды эффектіні қолдана отырып жасанды суыту процесін жасады.

Іс жүзінде бес-алты атмосфераға дейін қысылған ауа қоршаған ортаға дейін суытылып, құйынды құбырдағы соплоға жіберіледі (7-сурет).

7- сурет. Құйынды эффектісін алу схемасы

Ауа ағыны құбырға жанама түрде келтірілгендіктен, құбырда ол құйынды –айналмалы қозғалыспен соплодан вентильге бағыт алады. Алғашқыда ауа ағының ішкі қабатының бұрыштық жылдамдығы сыртқы қабатының бұрыштық жылдамдығынан әлдеқайда көп болады. Ағынның вентильге қарай ағуы барысында қабаттар арасындағы үйкеліске байланысты ішкі қабаттың жылдамдығы азаяды, оның кинетикалық энергиясы сыртқы қабаттарға беріледі. Ішкі қабаттың кинетикалық энергиясы азайғандықтан оның температурасы төмендейді, ал сыртқы қабаттардың кинетикалық энергиясы артқандықтан, олардың температурасы жоғарылайды. Нәтижесінде температурасы төмен ауаның ішкі қабаты диафрагма арқылы шығарылады. Ыстық немесе суық ауаның мөлшерін және олардың температурасын вентиль арқылы реттеуге болады.

Мартыновский В.С. және Алексеев В.П. өз зерттеулерінде құйынды эффектіде суық ағынның температурасының өзгеруі адиабаталық ұлғайғандағы температура өзгеруінен аз, ал дроссельдеу кезіндегі температура өзгеруінен көп екендігін анықтады. Егер ауаның температурасы қоршаған ортаның температурасында болып, қысымы 0,3÷0,5 МПа болса, құйынды эффекті температурасының өзгеруі 30-70⁰ С шамасында болады екен. Бұл жерде айта кету керек, бар ағынның емес оның бір бөлігінің ғана температурасы төмендейді, ал қалған бөлігінің температурасы жоғарылайды. Температура өзгеруіне ауаның суық бөлігінің мөлшері едәуір әсер етеді. Құйынды эффект бұрын қарастырылған екі әдіске қарағанда әлдеқайда тиімсіз. Мысалы, ауамен істейтін тоңазытқыш машинамен салыстырғанда, бұл әдісте электр энергиясының шығыны 8÷10 есе көп. Сондықтан, бұл әдіс тоңазыту техникасында көп тарамаған. Бұл әдіс өте қарапайым болғандықтан, кейбір зертханалық, өндірістік жағдайларда қолданылу мүмкін.

1.8. Термоэлектрлік эффект (Пельтье эффектісі)

1821 жылы Прибалтика физигі Томас Зеебек екі әртүрлі металдан құрастырылған тізбектің қосылған жерінің температурасы әр түрлі болса, онда тізбекте электрқозғаушы күштің пайда болатынын анықтады. Ал Француз Пельтье 1834ж. Зеебек құбылысына кері құбылысты анықтады. Ол бойынша, егер түрлі екі металдан құрастырылған тізбектен тұрақты ток жүргізсе, онда тізбектің бір жағы ысып, екінші жағы мұздайды. Егер мұздаған жағының температурасы суытылатын дененің температурасынан төмен болып, ысыған жағының температурасы қоршаған ортаның температурасынан жоғары болса, мұндай тізбекті денені суытуға қолдануға болады (8 сурет).

Ол үшін тізбекте пайда болатын электр қозғаушы күштің шамасы көп болуы керек. Мұндай мүмкіндік жартылай өткізгіштер пайда болғаннан кейін жүзеге асты. Академик Иоффе А.В. Пельтье эффектің жүзеге асыру үшін жартылай өткізгішті термоэлементтерді қолдануды ұсынды.

Термоэлементтің ысыған және мұздаған бөлігінің температура айырымы 60⁰С –қа дейін жетеді. Тасымалданған жылу мөлшері мына теңдеумен анықталынады

(1.18)

мұндағы: П- Пельтье коэффициенті;

J- ток күші;

t- уақыт.

8- сурет. Термоэлемент схемасы: 1-жартылай өткізгіштер, 2- мыс пластиналар

Термоэлементтердің қуатын ұлғайту үшін оларды тізбектей қосып батарея етіп жинаса да болады. Академик Иоффе бастаған ғылым академиясының жартылай өткізгіштер институты мен Ленинградтық тоңазытқыш өндірістері технологиялық институты бірігіп істеген жұмыстары бойынша жасалған осындай тоңазытқыш шкаф-70⁰С температура алуға мүмкіндік береді. Істелген жұмыстар төменгі температураны алудың бұл әдісінің зор болашағы бар екенін көрсетті.

Сонымен, қарастырылған төменгі температураны алу әдістерінің бірін қолдана отырып, температурасы суытылатын дененің температурасынан төмен, суытатын денені алуға болады. Ол денені суытуға қолдануға болады. Тез бұзылатын тамақ өнімдерінде 0⁰ с сақтау керек. ол үшін бізге температурасы 0⁰С-тан төмен басқа дене керек. Сақталатын тамақ өнімдерінен жылу өздігінен суытатын денеге өткенде ғана суыту процессі жүреді. Суыту үздіксіз процесс болу керек, сол үшін суытатын дене мөлшері де көп болу керек немесе ол аз болса, суытып болған соң бастапқы қалпына келтіру үшін тоңазытқыш машиналар қолданылады.

Дата добавления: 2015-10-23