低温原理与技术课件——低温制冷机.ppt

图3-97 两级脉管制冷机结构示意图。1 压缩机， 2 旋转阀， 3 气库， 4 小孔阀， 5 双向进气阀， 6 第一级蓄冷器， 7 第二级蓄冷器， 8 第一级脉管， 9 第二级脉管， 10 第一级冷头， 11 第二级冷头 ，12 辐射屏， 13 真空罩。 图3-98 双小孔型二级脉管制冷机示意图。1 第一级蓄冷器， 2 第一级脉管， 3 第二级蓄冷器， 4 第二级脉管， 5、6 气库， 7 、9 双向进气阀， 8、10 小孔阀， 11 第二小孔。 3.2.8热声制冷机 热声制冷机的基本工作原理:谐振管内的气体受到声压作用产生绝热压缩和膨胀。处于热声板叠左端的气团受到驻波的压缩，温度升高，向板叠放热；在热声板叠的右端，由于驻波低压相的绝热膨胀,气团的温度低于当地板叠温度，气团从板叠吸热. 热声制冷机与热声驱动器的不同之处，是热声板叠上的温度梯度不同且具有较小的温度梯度。 图3-99热声 制冷机原理图 谐振管的底部带有一个球体，模拟管端是开口的。驱动器为一动圈式扬声器，装于热端换热器的顶端。 驱动器活塞处正是驻波压力的波谷，以便向谐振管传输最强的声功，同时驱动器产生的热量可直接被换热器排除。压力波的波节在谐振管与球体连接的扩口处。 图3-100 热声制冷机实验装置图1.磁声线圈 2.冷却水夹套 3.活塞 4.冷端换热器 5.塑料棒 6.热声板叠 7.热端换热器 热声驱动器是一种没有机械运动部件的新型压力波发生器。脉管制冷机则是除了室温下的机械压缩机之外，在低温区没有运动部件。因此若采用热声驱动器取代脉管制冷机常规的机械压缩机就能构成从室温至低温均没有运动部件的新型制冷机。 图3-101 热声驱动的脉管制冷装置 驻波型热声机的运行是基于内部不可逆性的热力学循环，其气体和板叠之间的不可逆换热导致的熵产限制了驻波热声机的效率，其热力学效率往往不可能很高。 行波热声机其过程是可逆的, 因此行波热声机的效率在理论上高于具有本征不可逆性的驻波热声机。 驻波和行波的区别: 相同: 由于速度是位移对时间的导数，故速度振荡与位移振荡都是相差90度相位。 不同: 不同之处在于驻波的压力振荡与位移振荡同相，而行波的压力振荡与速度振荡同相。行波声场中的声速波形和声压波形一致，相位差为零；而驻波声场中的声速波形和声压波形相位差90度。 图3-102 声波的位移、速度、压力振荡的相位关系图 (a) 驻波 (b) 行波 3.2.9 吸附式制冷机 用于低温温区的吸附制冷工质对只能采用低温气体工质，吸附剂也主要采用活性炭、分子筛或一些化学吸附物质。 由于采用J-T节流制冷方式，解吸出的气体必须先经预冷至转化温度以下，否则不可能实现低温气体工质的液化。 图3-103 常用吸附式制冷工作对及其工作温区 本节内容: 1．吸附式低温制冷机的相平衡及吸附率方程 2．吸附制冷循环及其热力计算 3．低温吸附式制冷机的设计原则 4． 典型的吸附式制冷机 1．吸附式低温制冷机的相平衡及吸附率方程 对低温气体的吸附可以由Polanyi吸附势理论表述: 对于活性炭吸附氖气和氮气吸附势方程为: 饱和压力ps (Pa)和温度T(K)的关系可以表示为: 采用经验拟合所得到的吸附率方程经验关系式为: (3.113) (3.114) (3.115) (3.116) 表3-7示出了各种低温气体对应于活性炭(椰壳炭)的吸附率方程常数。式中下标T表示整个吸附剂所占体积内的吸附，下标E则表示吸附剂有效吸附体积内的吸附。 气体 ? M/b ? ? H2 xE xT 4.4?10-2 5.65?10-2 0.563 0.731 0.060 0.063 Ne XE xT 0.64 0.46 0.539 0.388 0.152 0.128 N2 XE xT 0.55 0.56 0.758 0.772 0.118 0.108 表3-7 活性炭对几种低温气体吸附率方程常数 图3-104 活性炭和沸石吸氮的等温吸附线。a) 13x-N2,b)C-N2 图3-105 LaNi5-H2的等温吸附线 图3-106 LaNi4.8Sn0.2Hx、ZrNiHx和VHx 的等吸附率图(Van’t Hoff图) 2．吸附制冷循环及其热力计算 温度降低和压力升高可以使得吸附率增大。吸附床可以用作为压缩机，也可以用作为抽气泵。 图3-107 分子筛对氮气的吸附等温线及其吸附式制冷循环过程的表示 吸附式制冷机的制冷量: (3.117) 图3-108 采用2组吸附器的J-T节流 图3-109 J-T节流吸附式制冷机的T-S图 1 吸附剂质量m的确定 气体质量流量，该值与吸附