Моделирование неоновых и неоно-гелиевых криогенных установок

• Автор: Пуртов, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 05.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 187 с.

Содержание
Введение

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования

1.1. Обзор криогенных установок для разделения неоно-гелиевой смеси.

1.1.1. Получение неоно-гелиевой смеси из воздуха

1.1.2. Разделение неоно-гелиевой смеси

1.2. Применение неона в качестве рабочего тела криогенных установок.

1.3. Методы моделирования криогенных установок

1.4. Цель и задачи работы.

2. Разработка программы расчета и оптимизации криогенных установок.

2.1. Математическая модель криогенной установки.
2.2. Методика расчета и оптимизации криогенных установок
2.3. Алгоритм моделирования КУ
2.4. Программа для автоматизированного расчета КУ.
2.4.1. Описание элементов КУ, реализованных в ПАРКУ.
2.4.2. Последовательность моделирования КУ с использованием ПАРКУ
2.5. Разработка программы расчета термодинамических свойств неоногелиевой смеси
3. Термодинамический анализ рефрижераторных циклов на неоне и неоно-гелиевой смеси и циклов ожижения неона.
3.1. Термодинамический анализ рефрижераторных циклов на неоне и неоно-гелиевой смеси.
3.1.1. Сравнение неоновых и гелиевых рефрижераторных циклов при
Тх-27 К
3.1.2. Исследование зависимости тр неоновых и гелиевых циклов от
температуры криостатирования Тх
3.1.3. Сравнение показателей циклов, работающих на неоно-гелиевой
смеси.
3.2. Термодинамический анализ неоновых ожижительных циклов.

3.2.1. Сравнение различных вариантов ступени предварительного
охлаждения для неонового ожижительного цикла с простым дросселированием.
3.2.2. Расчет цикла с предварительным охлаждением и двойным
дросселированием.
3.2.3. Расчет циклов с детандером.
3.2.4. Расчет цикла с предварительным охлаждением и эжектором.
3.2.5. Сравнение различных ожижительных циклов,
4. Совершенствование установок для разделения неоно-гелиевой смеси кондесационно-ректификационным методом. Практическое внедрение результатов работы.
4.1. Описание технологической схемы промышленной установки для получения неона высокой чистоты и системы измерений.
4.2. Экспериментальное исследование промышленной установки для получения неона высокой чистоты
4.2.1. Результаты измерения параметров установки в режимах получения
неона высокой чистоты и ожижения неона
4.2.2. Определение теплопритока из окружающей среды к элементам
установки на основании обработки экспериментальных данных.
4.2.3. Определение затрат энергии на получение неона в промышленной
установке и степени термодинамического совершенства процесса разделения неоно-гелиевой смеси.
4.3. Пути повышения коэффициента извлечения неона при разделении неоно-гелиевой смеси.
4.4. Разработка усовершенствованной установки для разделения неоногелиевой смеси.
4.4.1. Сравнение различных схем цикла установок для разделения неоногелиевой смеси.
4.4.2. Влияние температуры предварительного охлаждения смеси на
эффективность установки для разделения неоно-гелиевой смеси.

4.4.3. Схема усовершенствованной установки для получения неона и гелия высокой чистоты из неоно-гелиевой смеси
Выводы
Приложение Пример использования ПАРКУ для расчета неонового ожижительного цикла

0опт Г пТ
20 -0,
15 -0,
10 - 0,
5 -0,

О 20 SO too 150 200 2S0 Гх
Рис. 1.9. Зависимость гр гелиевого газового цикла от температуры криостатирования Тх [42].
Увеличение числа ступеней в цикле приводит в основном к снижению поверхности теплообмена и почти не повышает степень термодинамического совершенства цикла [23]. В случае криостатирования при Tx=const значительные потери возникают в объекте криостатирования, так как холод в газовом цикле получается при переменной температуре, и поэтому оптимальное давление цикла лежит в диапазоне 0,5-1 МПа.
Выполненный в [40] анализ неоновых циклов с детандерами на температурный уровень Тх=50 К показал, что при этих температурах свойства неона и близки к свойствам идеального газа и учет реальных свойств неона приводит к изменению результатов расчета степени термодинамического совершенства цикла не более, чем па 5 %. Основным преимуществом неона и неоно-гелиевой смеси при этих температурах является их высокая молекулярная масса по сравнению с гелием и водородом, что позволяет использовать турбомашины для сжатия рабочего тела.
Применение водорода ограничивается его взрывоопасностью, поэтому неон и неоно-гелиевая смесь, несмотря на сравнительно высокую стоимость неона, являются наиболее вероятными криоагентами для использования в будущих системах криостатирования в диапазоне температур 27ч-63 К. При охлаждении жидким или двухфазным криоагентом потери от необратимости