第三章低温原理与技术
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人类制造低温的原理低温制造是指在自然环境下不可能出现的低温条件下,利用人类创造的技术手段,人工制造出低温环境,以满足各种需要,包括科学研究、医学处理、工业加工等。
低温制造技术可以制造出极低温度的环境,例如:液氦、液氮、液氧等低温液体,还可以制造出超低温度环境,例如:高温超导体所需要的液氦温度,以及可能的其他超低温度条件(例如亚开尔温度)。
人类制造低温的原理取决于不同的制造方式。
最常见的制造低温的方式是利用液化技术。
气体在压缩时会释放热量,而在减压时则会吸收热量。
因此,通过将空气压缩并冷却后,可使其变成液态,由于这些气体在液态下不会产生热,所以液化气体是制造极低温度的有效手段。
通常情况下,液态氮和液态氧是常见的低温液体,它们分别在多达77K(-196C)和90K(-183C)的温度下沸腾。
此外,由于氦的沸点只有4.2K(-269C),所以液态氦是制造极低温度的优质材料。
另一种制造极低温度的工艺被称为制冷剂技术。
制冷剂技术使用某些化合物,例如氟利昂和氨等,作为制冷剂,以便将温度降低到非常低的水平。
在制冷剂技术中,制冷剂的变态可以被利用来降低温度。
制冷剂的变态可以被分为三个步骤:压缩、冷却和扩散。
在第一步中,制冷剂被压缩,而在第二步中,被压缩的制冷剂被冷却因而改变状态,从而吸收热量。
在第三个步骤中,制冷剂被扩散并进一步降温,从而释放热量并将可控制的低温环境传输至另一个区域或隔间。
除此之外,还有其他制造低温的方法,例如:通过热辐射制冷(康拉德制冷法)。
这种方法可以通过封闭一个盒子,将盒子本身作为一个热源,然后在盒子内放置一些隔离材料,例如反射镜和绝缘材料。
最后,需要在盒子内放置大量的黑色薄膜。
黑色薄膜可以通过吸收外部自然环境的热量而使盒子内温度持续降低至最终温度,通常可以达到20K(-253C)以下。
总之,人类制造低温的原理通常是通过将热量从特定的区域中去除,以使该区域的温度降低至所需的水平。
液化技术、制冷剂技术以及热辐射制冷等方法都有助于创造可控制的极低温度环境,以满足各种不同的需求,从而使低温制造成为现代工业和科学研究的重要组成部分之一。
低温技术原理与气体分离低温技术是一种以极低温为工作温度的技术手段,用于处理和分离物质。
低温技术主要应用于工业领域,如液化天然气工艺、空分设备、冷冻冷藏技术等。
在低温条件下,气体可以被液化和分离,这是通过降低气体分子的动能实现的,一般采用冷凝或吸附的方式进行气体分离。
低温技术的原理主要包括以下几个方面:1.冷凝原理:冷凝是将气体转变为液体的过程。
当气体的温度降低到或低于其饱和蒸汽压对应温度时,气体会从气态转变为液态或固态。
这是因为低温条件下,气体分子的动能减小,无法克服分子间的相互作用力而凝结成液体或固体。
冷凝过程一般涉及到热量的释放,所以需要将冷凝器保持在较低的温度下或采用冷却介质进行冷却。
2.吸附原理:吸附是一种利用固体表面吸附剂与气体分子之间的吸附力使气体分离的过程。
在低温条件下,一些吸附剂对特定气体具有高的选择性,可以吸附目标气体,而不吸附其他气体。
通过连续吸附与解吸过程,可以实现对气体的分离和纯化。
吸附过程一般需要较低的温度和较高的压力。
3. 物理吸附原理:物理吸附是一种基于物理相互作用力的吸附过程。
在低温条件下,气体分子与固体吸附剂表面发生范德华力(Van derWaals forces)相互作用,使气体分子被吸附在固体表面上。
物理吸附过程主要受温度和压力影响,温度越低或压力越高,物理吸附能力越强。
低温技术常用于气体的分离和纯化。
气体分离主要通过适当的低温条件降低气体分子的动能来实现。
常见的气体分离方法包括:空分、液化天然气工艺、气体吸附等。
空分是将空气中的主要组分氧、氮和稀有气体按照不同的物理性质进行分离的过程。
空分通常采用低温精馏技术,通过连续的冷凝和蒸发过程,将空气中的氧气和氮气分离。
空分设备中的主要组件包括换热器、冷凝器、加热器、精馏塔等。
液化天然气工艺是将天然气中的主要成分甲烷进行液化的过程。
液化天然气工艺通常采用低温冷却和压缩等技术,将天然气中的杂质和碳氢化合物去除,通过降低温度和增加压力,将甲烷气体转变为液态。
制冷与低温技术原理制冷与低温技术是一门涉及物理、化学、工程学等多个学科知识的交叉领域,它广泛应用于工业生产、生活和科学研究等各个领域。
在现代社会中,制冷与低温技术已经成为不可或缺的一部分,它为人类的生产生活提供了便利,同时也推动了科学技术的发展。
本文将从制冷与低温技术的原理入手,对其进行深入探讨。
首先,制冷技术是利用物质的热力学性质,通过能量转移的方式将热量从一个物体转移到另一个物体,以达到降低物体温度的目的。
在制冷技术中,常用的原理包括蒸发冷却原理、压缩冷却原理和热电制冷原理等。
蒸发冷却原理是利用液体蒸发时吸收热量的特性,通过蒸发器将被制冷物体的热量吸收,从而降低其温度。
压缩冷却原理是通过压缩机将制冷剂压缩成高温高压气体,然后通过冷凝器散热,使其冷凝成液体,释放热量,从而降低被制冷物体的温度。
热电制冷原理则是利用热电材料在电场作用下产生冷热效应,实现制冷的原理。
其次,低温技术是指将物体的温度降低到较低的温度范围内,通常在零下100摄氏度以下。
低温技术的应用领域非常广泛,包括超导、超流体、超低温物理、医学冷冻、食品冷藏等多个领域。
在低温技术中,常用的原理包括制冷机制冷原理、液氮制冷原理和制冷剂制冷原理等。
制冷机制冷原理是通过制冷机将低温制冷剂制冷后传递给被制冷物体,实现降温的原理。
液氮制冷原理是利用液氮的低温特性,将其用作制冷剂,实现对被制冷物体的低温冷藏。
制冷剂制冷原理则是利用特定的制冷剂对被制冷物体进行制冷,以达到降温的目的。
综上所述,制冷与低温技术的原理涉及到多个方面的知识,包括热力学、物理学、化学等多个学科。
通过对制冷与低温技术原理的深入理解,我们可以更好地应用这些技术,推动科学技术的发展,为人类的生产生活提供更多的便利。
希望本文能够对读者有所帮助,也希望制冷与低温技术能够在未来得到更广泛的应用和发展。
制冷与低温技术原理习题1第三章蒸气压缩式制冷(1)一、填空题1.单级蒸气压缩式制冷循环的理论循环中,制冷系统由(),(),()和()四个基本部件组成,并用管道将它们串连成一个封闭的系统。
2.单级制冷机一般可用来制取()以上的低温。
3.蒸气压缩制冷循环中,节流过程产生的蒸气是()出来的,该蒸气通常称之为(),它在蒸发器中几乎不产生()作用。
4.在制冷剂的状态图p-h图中,等温线在液体区()线,在两相区是()线,在过热区是()线。
5.在制冷剂的状态图p-h中可以看到,在过热区,蒸气的过热度越大,其等熵线的斜率越()。
6.制冷机的性能主要用(),()和()反映。
7.单级蒸气压缩式制冷循环中,制冷剂的汽化潜热越(),或节流后所形成的蒸气的干度越(),则循环的单位制冷量越大。
(填大,小,不变)8.单级蒸气压缩式制冷循环中,对某一具体的制冷剂来说,理论循环的蒸气比体积v1随蒸发温度或蒸发压力的降低而()。
若冷凝温度已经确定,则单位容积制冷量随蒸发温度的降低而()。
9.单级蒸气压缩式制冷循环的理论比功与()和()有关。
10.单级蒸气压缩制冷循环中,冷凝温度越(),蒸发温度越(),则制冷系数越小。
(填高,低,不变)11.设不同制冷剂工质在一定蒸发温度和冷凝温度下完成制冷循环。
通过()可以反映系统的压力水平,通过(),()和()可以了解压缩机的工作条件,()和()可以反映制冷机的制冷能力,通过()可以反映制冷循环的经济性。
12.高压液体过冷对制冷循环的影响表现为:可使单位制冷量(),单位容积制冷量(),循环比功(),制冷系数()。
(填增加,略增加,减小,不变,或不定)。
13.由制冷剂的热力状态图可知,节流前液体的过冷度愈大,则节流后的干度愈(),循环的单位制冷量愈()。
因此,采用液体过冷循环,对提高()和()都是有利的。
14.采用液体过冷循环,在相同过冷度下,过冷使制冷量和制冷系数提高的百分数与制冷剂的()和()有关。
低温技术原理与气体分离低温技术是一种研究和应用低温条件下物质特性以及用于工业气体分离的技术。
气体分离是指将混合气体中的不同成分分离出来,以获得纯净的气体。
低温技术利用物质在低温下的变化特性,如相变和温度依赖性的物理化学特性,实现气体分离。
下面介绍几种常见的低温技术原理和应用于气体分离的示例。
1. 液化分离法液化分离法是将气体冷却到低温并通过液化使不同成分分离开来的方法。
这种方法主要基于不同气体的沸点差异来实现分离。
空气中的氧气和氮气的沸点分别为-183℃和-196℃。
通过冷却空气至-183℃时,氧气首先液化,然后通过分离设备将液态氧气和未液化的氮气分离出来。
2. 蒸馏分离法蒸馏分离法是利用液体沸点差异将混合液体分离的方法,其中也包括低温下进行的蒸馏。
液态空气中含有液态氮气和液态氧气的混合物。
通过将液态混合物加热至氮气的沸点-196℃,氮气首先蒸发成为气体,随后将气体与剩余的液态氧气分离。
3. 吸附分离法吸附分离法通过利用吸附材料对气体分子的选择性吸附来实现分离。
在低温条件下,气体分子在固体吸附剂上的吸附特性可能会发生变化。
低温下,混合气体中的甲烷和乙烷可以通过不同的吸附剂选择性吸附的特性来进行分离。
4. 膜分离法膜分离法利用薄膜对气体分子的选择性透过性来实现分离。
低温条件下,某些气体分子的透过能力可能会发生变化,这可以使得混合气体中的不同成分透过膜的速率不同。
低温下使用适当的膜材料可以实现对氢气和甲烷的选择性分离。
低温技术通过利用低温条件下物质的特性,如相变和温度依赖性,以及气体分子的选择性吸附和透过性,实现了气体的分离。
这些低温技术在工业领域中广泛应用于液化空气、氧气、氮气和其他气体的生产和纯化过程。