Сжижение газов
Одна из главных областей применения низких температур в технике - разделение газов. Производство кислорода и азота в больших количествах основано на сжижении воздуха с последующим разделением его в ректификационных колоннах на азот и кислород. Применение жидких кислорода и азота многообразно, в частности кислород служит окислителем в ракетном топливе. Смотрите линия по производству кирпича здесь.
Низкие температуры используют для получения высокого вакуума методом адсорбции на активированном угле или цеолите (адсорбционный насос) или непосредственной конденсации на металлических стенках сосуда с хладоагентом. Высокий вакуум и охлаждение до низких температур позволяют имитировать условия, характерные для космического пространства, и проводить испытания материалов и приборов в этих условиях.
Охлаждение до температур жидкого воздуха или азота начало находить важные применения в медицине. Используя приборы, способные производить локальное замораживание тканей до низких температур, осуществляют оперативное лечение мозговых опухолей, урологических и др. заболеваний. Имеется также возможность длительного хранения живых тканей при низких температурах.
Др. направление технических применений низких температур связано с приложениями сверхпроводимости. Здесь наиболее важную роль играет создание сильных магнитных полей (~ 103 кэ), необходимых для ускорителей заряженных частиц, трековых приборов (пузырьковых камер и др.), магнитогидродинамических генераторов и многообразных лабораторных исследований.
На основе явления сверхпроводящего туннелирования разработаны сверхпроводящие квантовые интерференционные устройства, способные измерять чрезвычайно слабые электрические напряжения (~ 10-14 в), а также регистрировать очень малые изменения магнитного поля (~ 10-11 э). Н. т. играют также большую роль в квантовой электронике.
Каскадный метод охлаждения
Каскадный метод охлаждения - процесс переноса тепла от более низкого температурного уровня к более высокому (т. е. охлаждение), осуществляющийся в холодильной установке с помощью нескольких замкнутых последовательно действующих холодильных циклов. При каскадном методе охлаждения, относящемся к методам глубокого охлаждения, конденсация холодильного агента низкотемпературного цикла происходит в результате испарения холодильного агента следующего за ним более высокого по температуре холодильного цикла. Число циклов, как правило, не превышает 4, т.к. в противном случае конструкция установки значительно усложняется. Холодильные циклы могут использовать одинаковые или различные термодинамические принципы переноса тепла в циклах и различные холодильные агенты.
В конце 19 в. швейцарский физик Р. Пикте применил каскадный метод охлаждения для сжижения воздуха. Сконструированная им каскадная холодильная установка включала 3 холодильных цикла. В первом высокотемпературном двухступенчатом цикле в качестве рабочего тела применялся хлористый метил (CH3Cl), в среднем цикле - этилен (C2H4), в третьем цикле - кислород (O2). В дальнейшем каскадный метод охлаждения был усовершенствован и использовался для получения жидких водорода и гелия
Каскадный метод охлаждения применяют главным образом для получения температур до -110 градусов С в испытательных термокамерах и для технологических целей в химии, медицине, биологии и др.
Наибольшее распространение получил каскадный метод охлаждения с двумя парокомпрессионными циклами. В высокотемпературном цикле в качестве холодильного агента, обычно используется фреон 22 (CHClF2), а в низкотемпературном - фреон 13 (CF3Cl). Для получения температуры до -90 градусов С низкотемпературный цикл на фреоне 13 одноступенчатый, для температур ниже -90 градусов С - двухступенчатый. Перенос тепла от низкотемпературного цикла к высокотемпературному осуществляется в теплообменном аппарате (испарителе - конденсаторе) в результате конденсации низкотемпературного холодильного агента и кипения высокотемпературного холодильного агента. Пути совершенствования каскадного метода охлаждения -использование более эффективных холодильных агентов, улучшение конструкции компрессоров, повышение эффективности теплообменной аппаратуры.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Фастовский В. Г., Петровский Ю. В., Ровинский А. Е., Криогенная техника, 2 изд., М., 1974;
2. Справочник по физико-техническим основам криогеники, 2 изд., М., 1973.
3. А. Б. Фрадков.
4. Физика низких температур, пер. с англ. под общ. ред. А. И. Шальникова, М., 1959;
5. Уайт Г. К., Экспериментальная техника в физике низких температур, пер. с англ., М., 1961;
6. Земанский М., Температуры очень низкие и очень высокие, пер. с англ., М., 1968;
7. Роуз-Инс А., Техника низкотемпературного эксперимента, пер. с англ., М., 1966; Мендельсон К., На пути к абсолютному нулю, пер. с англ., М., 1971;
8. Линтон Э., Сверхпроводимость, пер. с англ., 2 изд., М., 1971;
9. Пегаков В. П., Свойства He3 и его растворов в He4, "Успехи физических наук", 1968, т. 94, в. 4, с. 607;
10. Справочник по физикотехническим основам криогеники, под общ. ред. М. П. Малкова, 2 изд., М;, 1973;
11. Клод Ж., Жидкий воздух, пер. с франц., Л., 1960;
12. Герш С. Я., Глубокое охлаждение, 3 изд., ч. 1—2, М.—Л., 1957—60;
13. Новые направления криогенной техники, пер. с англ., М., 1986;
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6