Лекционный курс «Физические основы измерений и эталоны» Раздел МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР (ЭЛЕМЕНТЫ КРИОГЕННОЙ ТЕХНИКИ) Тема ОХЛАЖДЕНИЕ ПРИ РАСШИРЕНИИ ГАЗОВ. ЭФФЕКТ ДЖОУЛЯ-ТОМСОНА

АДИАБАТИЧЕСКОЕ РАСШИРЕНИЕ С СОВЕРШЕНИЕМ МЕХАНИЧЕСКОЙ РАБОТЫ dQ = 0dU = A

Поршневой детандер АДИАБАТИЧЕСКОЕ РАСШИРЕНИЕ С СОВЕРШЕНИЕМ МЕХАНИЧЕСКОЙ РАБОТЫ 1 поршень; 2 цилиндр; 3 впускной клапан; 4 выпускной клапан; 5 кривошипно-шатунный механизм

АДИАБАТИЧЕСКОЕ РАСШИРЕНИЕ С СОВЕРШЕНИЕМ МЕХАНИЧЕСКОЙ РАБОТЫ Турбодетандер Пётр Леонидович Капица ( )

ЭФФЕКТ ДЖОУЛЯ-ТОМСОНА U = А U 2 – U 1 = р 1 V 1 - р 2 V 2 U 1 + р 1 V 1 = U 2 + р 2 V 2 или Н 1 = Н 2 ИЗОЭНТАЛЬПИЧЕСКИЙ процесс Для идеального газа dH=Mc p dT dT = 0

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОЛЕКУЛ В РЕАЛЬНЫХ ГАЗАХ Уравнение состояния Ван-дер-Ваальса (p + a/V 2 )(V – b)=RT

ЭФФЕКТ ДЖОУЛЯ-ТОМСОНА В РЕАЛЬНЫХ ГАЗАХ СО СЛАБО ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИМИ МОЛЕКУЛАМИ БОЛЬШИХ РАЗМЕРОВ Уравнение состояния: p(V – b)=RT pV =RT + p b U = р 1 V 1 - р 2 V 2 = R(T 1 – Т 2 ) + b(р 1 – р 2 ) Т - мало U b(р 1 – р 2 ) р 1 > р 2 U > 0 При расширении газ НАГРЕВАЕТСЯ ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ эффект Джоуля - Томсона

ЭФФЕКТ ДЖОУЛЯ-ТОМСОНА В РЕАЛЬНЫХ ГАЗАХ С СИЛЬНО ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИМИ МОЛЕКУЛАМИ МАЛЫХ РАЗМЕРОВ Уравнение состояния: (p + a/V 2 )V=RT pV =RT - а/V U = R(T 1 – Т 2 ) + а(1/V 2 - 1/V 1 ) Т - мало U а(1/V 2 - 1/V 1 ) V 1 < V 2 U < 0 При расширении газ ОХЛАЖДАЕТСЯ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ эффект Джоуля - Томсона

ИНВЕРСИЯ ЭФФЕКТА ДЖОУЛЯ-ТОМСОНА Максимальная температура инверсии (Т и ) max =2а/Rb Положительный эффект при Т 1 < (Т и ) max Н К N K O K СО К Температура инверсии для водорода

СХЕМА ХОЛОДИЛЬНИКА НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА ДЖОУЛЯ-ТОМСОНА CFCl 3 ; CF 2 Cl 2 ; и т. п. Раньше АММИАК NH 3 ФРЕОНЫ :

ПРОМЫШЛЕННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ СЖИЖЕНИЯ ГАЗОВ

Диагностика подземных тепловых сетей 1,2,3 - нарушения изоляции

Охлаждение участка газопровода из-за аварийной утечки газа