Искусственное охлаждение может быть основано на таких физических принципах, как расширение сжатых газов, вихревой и термоэлектрический эффекты.
Охлаждение путём расширения сжатых газов осуществляется в двух формах:
Адиабатическое дросселирование – это процесс необратимого перехода газа или жидкости с высокого давления на низкое (расширение) при прохождении его через сужение поперечного сечения (перегородка с отверстием, пористая перегородка) без совершения внешней работы и без сообщения или отнятия теплоты. Процесс протекает быстро, вследствие чего теплообмен с окружающей средой практически не происходит и энтальпия вещества не изменяется. Так называемая работа проталкивания переходит в теплоту трения. Полезная же работа не совершается.
При адиабатическом дросселировании реального газа, в отличие от идеального, вследствие изменения внутренней энергии производится работа против сил взаимодействия молекул. Это приводит к изменению температуры газа.
Изменение температуры реального газа при дросселировании называется эффектом Джоуля-Томпсона.
При адиабатическом расширении газа с отдачей полезной внешней работы получение низких температур возможно при любом состоянии газа, т.к. температура изменяется в сторону понижения.
В отличие от адиабатического дросселирования в этом случае эффект возможен и для идеального газа. При этом величина понижения температуры в процессе адиабатического расширения газа при прочих равных условиях бывает больше, чем в процессе адиабатического дросселирования.
Суть вихревого эффекта состоит в том, что поток сжатого воздуха, который подается в трубу через сопло по касательной к ее сечению, образует вихрь, в котором происходит разделение газа. Наружный слой нагревается, внутренний становится холодным. Поток холодного воздуха, расположенного в центральной части, выходит из трубы через диафрагму, a внешние, нагретые слои воздуха, выходят за пределы трубы через дроссельный вентиль. Это явление называется эффектом Ранка.
Пpоцессы, протекающие в вихревой трубе, сложны, и теория этого вопроса недостаточно проработана.
Термоэлектрический эффект, известный как эффект Пельтье, заключается в следующем: при прохождении постоянного электрического тока через цепь, состоящую из двух разнородных проводников, или полупроводников, один из спаев имеет низкую температуру, а другой - высокую. Источником низкой температуры является холодный спай термоэлемента, состоящего из двух ветвей, соединенных токоведущими шинами.
Основной показатель качества термоэлемента – коэффициент добротности (эффективность вещества), определяющий максимальную разность температур горячего и холодного спаев. Эффективность термоэлементов в значительной степени зависит от свойств материала. Отыскание соответствующих материалов являет-ся одним из эффективных направлений развития полупроводниковой техники.На эффекте Пельтье основаны многие способы получения холода в термоэлектрических охлаждающих устройствах.
На эффекте Пельтье основаны многие способы получения холода в термоэлектрических охлаждающих устройствах.
Для осуществления процесса охлаждения необходимо иметь два тела: охлаждаемое и охлаждающее - ис-точник низкой температуры. Охлаждение продолжается, пока между телами происходит теплообмен. Источник низкой температуры должен функционировать постоянно, так как охлаждение должно осуществляться непрерывно. Это возможно при достаточно большом запасе охлаждающего вещества (тела) или при его конечном количестве, если восстанавливать первоначальное состояние вещества. Последний метод непре-рывного получения низкой температуры широко применяется в холодильной технике с использованием различных холодильных машин.
Вернуться на главную страницу