Instytut Techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów

Zakład Chłodnictwa i Kriotechniki

Podstawy Kriogeniki - Laboratorium

Temat: Skraplanie gazów metodą Joule'a - Thomson'a. Wyznaczanie podstawowych parametrów procesu.

Ćwiczenie przeprowadzili:

Poliński Jarosław

Matkowski Maciej

Komorowski Maciej

M-E IV 2000/2001

Data ćwiczenia: 14.11.2000

1. Wyniki pomiarów

t	T4	T1	p
s	mV	mV	bar
0	0,836	0,805	146
30	0,639	0,528	146
60	-0,93	0,495	146
90	-1,45	0,58	146
120	-2,08	0,71	144
150	-2,945	0,702	144
180	-3,554	0,711	143
210	-4,04	0,708	143
240	-4,52	0,701	143
270	-4,76	0,69	142
300	-4,96	0,68	142
330	-4,82	0,59	142
360	-5,063	0,581	142
390	-5,27	0,568	141
420	-5,43	0,574	141
440	-5,52	0,58	141
480	-5,71	0,505	140
510	-5,87	0,437	140
540	-5,86	0,48	140
570	-5,865	0,48	139
600	-5,86	0,485	139
620	-5,865	0,455	138

Pierwsze krople skroplonego N₂ pojawiły się po 420s procesu, a 1cm³ cieczy zebrał się po 620s procesu.

Po przeliczeniu SEM wydzielającej się na termoparze z mV na C^o otrzymałem następujące wyniki:

t	T4	T1
s	C^o	C^o
0	21	20
30	15	13
60	-25	13
90	-39	15
120	-61	17
150	-86	17
180	-105	17
210	-122	17
240	-142	17
270	-153	17
300	-160	17
330	-155	15
360	-168	15
390	-178	14
420	-182	14
440	-190	15
480	-200	13
510	-210	11
540	-210	13
570	-210	13
600	-210	13
620	-210	13

2. Charakterystyka rozruchu.

3. Rzeczywista wydajność skraplania.

Czas zebrania 1 cm³ ciekłego N₂ - 180s=3min

Spadek ciśnienia Δp=141-138 = 2bar

Stała gazowa N₂ R_N2=296,7 J/kg*K

Masa cząsteczkowa N₂ M_N2=28

Średnia temperatura wypływającego gazu do atmosfery T­_1śr=13C^o=286K

Gęstość ciekłego azotu ρ_cN2=0,808 g/cm³

• objętość wypływającego gazu

• ilość moli wypływającego gazu

• masa wypływającego gazu

• masa skroplonego gazu

• i ostatecznie rzeczywista wydajność procesu

4. Teoretyczna wydajność skraplania

Wzór wyjściowy

h_1' - entalpia czynnika przy wyjściu z układu

h₂ - entalpia czynnika przy wyjściu ze sprężarki

q - strumień ciepła dochodzący do układu - zakładamy q=0

h₀ - entalpia czynnika w punkcie przecięcia się linii x=0 oraz izotermy T=77K

Z wykresu T-s dla N₂ odczytuje następujące wartości entalp:

h_1­­'= 447 J/g - dla T_śr=286 i p=1atm

h₂ = 430J/g - dla T=293 i p_śr=14MPa

h₀= 35J/g

5. Wydajność chłodnicza sprężarki.

6. Strumień ciepła wymieniany w wymienniku ciepła.

h₅ - entalpia czynnika w na przecięciu się linii nasyceni x=1 i izotermy (odczytane z wykresu T-s dla N₂)

7. Wnioski

Skraplanie gazów w skraplarce Joule'a - Thomson'a jest procesem bardzo mało wydajnym. Wskazuje na to rzeczywisty i teoretyczny współczynnik wydajności procesu. Różnica między obydwoma ww. wielkościami zapewne spowodowana jest przyjmowanym przez nas uproszczeniami oraz błędami podczas pomiarów. Warto jednak nadmienić, iż skraplanie gazów tą metodą jest niezwykle łatwe, tanie oraz posiada niewątpliwie tą zaletę, że skraplarki tego typu maja niewielkie gabaryty i nieskomplikowaną budowę.

Przyglądając się wynikom pomiarów zauważymy, iż wskazania termopary podczas gdy pojawiły się pierwsze krople skroplonego gazu, zdecydowanie odstają od wartości teoretycznych. Tłumaczyć to można przekroczeniem zakresu temperatury prawidłowej pracy przez termoparę.

---