Коэффициенты теплопроводности строительных материалов

Показатели качества теплообменных аппаратов

Основными материалами для изготовления тепломассообменных аппаратов низкотемпературной техники служат аустенитные нержавеющие стали, медные и алюминиевые сплавы. Применение титановых сплавов пока еще ограничено в связи с высокой стоимостью титана и в некоторых случаях — с опасностью загорания в кислороде. Наибольшее распространение получили нержавеющая сталь и алюминиевые сплавы.

Недостатком аустенитных нержавеющих сталей является высокое содержание дефицитного никеля. В настоящее время в качестве заменителя стали разработана сталь 10Х14Г14Н4Т, практически не уступающая ей по всем характеристикам, но с меньшим содержанием никеля. Для работы при гелиевых температурах в особо ответственных конструкциях разработана сталь повышенной прочности 03Х20Н16АГ6. Хотя стоимость этой стали несколько выше, ее использование дает значительный эффект вследствие снижения металлоемкости и уменьшения потерь на захолаживание.

Алюминиевые сплавы широко используются в криогенной технике благодаря сочетанию хороших технологических, эксплуатационных свойств и малой плотности. Основной недостаток алюминиевых сплавов — разупрочение в сварных соединениях, особенно в крупных конструкциях. Поэтому алюминиевые сплавы применяются для изготовления аппаратов с толщиной стенки не более 20 мм.

Классификация холодильных и криогенных установок

Рефрижераторы (как холодильные, так и криорефрижераторы — класс R) предназначены для отвода теплоты на уровне То ниже температуры окружающей среды. По характеру протекающих в них процессов рефрижераторы делятся на два вида — со стационарными потоками и с нестационарными потоками. У первых в каждой точке схемы (при работе в установившемся режиме) все параметры (температура, давление, расход и т. д.) неизменны по времени, у вторых эти параметры переменны по времени и проходят циклические изменения.

Ожижители предназначены для перевода в жидкое состояние газа, подаваемого в них при температуре, близкой к Т0. с. К тому же классу относятся установки для получения замороженных газов. Разделительные установки предназначены для разделения газовых смесей с целью получения одного или нескольких входящих в них компонентов. Существуют и комбинированные установки, например установки, которые могут работать в разных режимах — и как рефрижераторы, и как ожижители, или такие, которые выдают один или несколько продуктов разделения в жидком виде.

По агрегатному состоянию рабочего тела установки делятся на газовые, газожидкостные, парожидкостные и твердотельные. Газовые — установки, в которых рабочее тело во всех процессах остается в газообразном состоянии. Газожидкостные — установки, в теплой части которых рабочее тело находится в виде газа при температурах, далеких от критической, а в холодной части — в виде влажного пара и жидкости. Такие установки обычно работают в большом интервале температур. Парожидкостные — установки, в которых рабочее тело находится либо в виде жидкости и влажного пара, либо в виде перегретого пара при температурах ниже критической или близкой к ней. Применяются в основном в холодильном оборудовании при относительно небольших интервалах температур.

Парожидкостные холодильные установки в зависимости от принципа работы делятся на три вида:

• парокомпрессионные, работа которых основана на сжатии в компрессоре сухого насыщенного или незначительно перегретого пара рабочего тела;
• абсорбционные, в которых сжатие пара основано на абсорбции рабочего тела при То.с и его десорбции при более высокой температуре;
• струйные, в которых сжатие рабочего тела производится путем использования кинетической энергии рабочего потока.

Области применения и методы получения низких температур

Холодильные установки (уровень отвода теплоты То > 120 К) предназначены для охлаждения и поддержания при низкой температуре различных объектов и технических систем.

Криогенные установки предназначены для тех же целей, но при температурах существенно более низких (уровень отвода теплоты То < 120 К). Криогенные установки используют для низкотемпературного разделения газовых смесей (воздуха, природного газа и др.) и ожижения газов (кислорода, азота, водорода, гелия, метана и др.).

Работа холодильных и криогенных установок определяется процессами внутреннего охлаждения, которые обеспечивают необходимое понижение температуры рабочего тела. В технике используют в основном три способа внутреннего охлаждения:

1. дросселирование рабочего тела в виде жидкости, влажного пара или газа в области, близкой к пограничной кривой жидкости (эффект Джоуля—Томсона);
2. детандирование рабочего тела в виде газа или влажного пара (расширение ведется в специальном устройстве — детандере с отдачей внешней работы);
3. пропускание электрического тока через спай соединенных попарно полупроводников р- и л-типов (эффект Пельтье).