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氦动力(这就对上号了)

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先看图,后面再做说明。液氦吸热汽化膨胀做功,回头放热经节流液化,以此循环。


IP属地:山东来自Android客户端1楼2024-07-14 10:48回复
    液氦受热汽化膨胀转机械能这个大家应该都懂,但是液氦是有限的,制取也是相当不易。那如何将气氦再液化以达到循环使用呢?这个需要技巧,高夸为技术也行,我们知道氦气是最难液化的气体,其焦.汤系数只有在46K以下才能为正值,7K以下通过节流才能液化,也就是说氦气难液化是因为很难将其温度降到合适的低温,即使液氢也难以做到。
    有个好的办法,前面说了,就是用做功前的液氦先吸收要液化氦气的热能,使氦气达到合适的温度,主意听起来不错,可常压液氦有4.2K,你换热就算是能到7K,温差仅有2.8K,什么换热器能做到?就算能做到7K,也不可能全液化,未液化氦气如何处理?看你图中液氦5.0K,气氦节流前是9K,也不是7K呀?还有氦气的潜热处于不同的温度和热量,仅通过换热就能吸收或排出吗?


    IP属地:山东来自Android客户端2楼2024-07-16 13:36
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      为解决这些问题,我们先从换热器开始,换热是设置的重中之重,换热不到位,液化就要消耗太多功率,甚至入不敷出,功亏一篑。好在换热原理简单,在做好与外界绝热的条件下,可加长或增大换热面积来提高其换热效果。管路内外设置鳍片,鳍片上设置扰流板,来加快其换热速度。图片是换热管路示意图,是不是可行。


      IP属地:山东来自Android客户端3楼2024-07-16 22:39
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        现在理论上解决了换热问题,这也仅限于同种材料的换热,因为不同物质的比热不同,且气体的定压比热在不同温度和压力时也不相同,如何解决,还有个更大的问题,就是气体不同压力时的潜热也不同,虽然氦气在所有气体中液化热最低,但其潜热也是其比热的4-5倍,如何处理?
        我们先从最大的潜热开始解决,最好的方法就是阻止潜热的发生,要知道气体在临界温度和压力时的汽化潜热接近于0,压力越高其潜热越小,那我们就将冷源和热源氦气压力都设定在氦气的临界压力0.227MPa之上,是不是潜热就会消失?那潜热去了哪里,看下图氦气的定压比热,是不是在低温区域,压力越高其定压比热越明显增大,我们设定冷源压力为4.0MPa,尾气1.23MPa,也就是每升高1度冷源氦气要吸收更多的热能,同样,尾气要更多质量释放热能才能满足冷源温升。
        看图1,1.23线,接近10K处,其定压比热突然增高很大,对换热十分不利,但其所占温度范围较小,这需要做重点论证或实验来取得真实数据,最好的办法是把那条曲线给改了。





        IP属地:山东来自Android客户端4楼2024-07-17 09:18
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          前些日子发的氦动力设置反应平平,我想可能是写的还是不够简单明了,说实话,整篇看下来我也头痛。下面我就重点部分说一下原理。
          液态气体受热汽化膨胀能产生压力,压力也可转为动能。地球环境一般气体由液态变气态容易,由气态变液态难,像二氧化碳常温时要加56个大气压和空气做冷源才能液化,这50多个压力可是不小,需要消耗很大的功率,但是,如果在南北极,温度低于-56度时,以南极风做冷源,其液化压力只有5.4个大气压,什么概念呢?那就是我们用手压打气筒不用太费力就可使其液化,(打气筒一般男人能压到8-12个大气压)。反过来,如果在高温天气,我们用再大的压力也不可能使二氧化碳液化,那是因为超过了其临界温度。说了这么多就是想说明冷源对于液化气体的重要性,合适的冷源换热要液化气体可以手到擒来,如温度不合适,无论哪种气体,再大的功率压缩也不可能使其液化。
          道理同样适用于氦气,氦气难液化是因为其临界温度太低,不像二氧化碳只有31.3度,常温为冷源,只需加压就行,氦气必须将其温度下降到-268度才能加压液化,能使其降到这个温度的冷源只有液氦,液氢抽空都不行,但是用液氦做冷源来液化氦气,弱智吧也不会容忍,真是愚蠢透顶至极。
          然而,愚蠢至极或许就是否极泰来,若愚的背后是大智,这个设置就是用液氦为冷源来给氦气换热,换热必有温差,通过高效换热管路将气氦温度降低到接近液氦的温度,大约温差4度左右,也就是-264度,我们再根据氦气的焦耳汤姆逊效应,分级节流来继续降温并液化。
          还有其他关键点有兴趣的可去原说明查看,如液化热和汽化热,就不是单单的换热能解决,那个热在设置里面是换不了的,换不了?那如何解决?我们一向的原则就是解决不了问题就解决提问题的人,只要没人提那就没问题,这里说笑了,我其实是将冷源和热源压力均提高至其临界压力之上,也就不会有潜热发生,是不是很有两把刷子。
          图片是二氧化碳的一些物性数据


          IP属地:山东来自Android客户端5楼2024-07-19 20:40
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