Работа регенератора.

Однопоточный регенератор.

Цикл работы регенератора делится на 2 части:

Прямое и обратное дутьё.

При прямом дутье прямой поток проходит через холодную насадку и охлаждается. С течением времени насадка регенератора начинает нагреваться, в результате чего прямой поток охлаждается слабее, т.е. температура прямого потока на выходе из регенератора будет повышаться.

Рисунок 9. Течение прямого потока через регенератор.

При достижении максимально допустимо величины температуры происходит переключение режима работы регенератора, и насадка начинает охлаждаться при обратном дутье.

Охлаждение насадки регенератора характеризуется температурой обратного потока на выходе из него. По мере охлаждения насадки температура обратного потока на выходе уменьшается и по мере достижения минимального значения наступает переключение в режим прямого дутья или резерва.

Рисунок 10. Течение обратного потока в регенераторе.

Регенераторы используются в газовых холодильных машинах, работающих на циклах Стирлинга, Эриксона и других.

Рисунок 11. Схема холодильной машины с регенератором.

В холодильной машине на рисунке 11 используется один регенератор, циклически работающий для охлаждения прямого потока и нагрева обратного потока. Условное время переключения (0,1 – 0,01 сек)

В криогенных установках (ВРУ или ожижителях) используется не менее двух регенераторов (обычно 3) Один работает в режиме прямого дутья, другой в режиме обратного.

Рисунок 12. Схема воздушной ВРУ: а) верхний регенератор охлаждается отбросным азотом (регенерируется) , нижний регенератор охлаждает прямой поток; б) верхний регенератор охлаждает прямой поток, нижний регенератор регенерируется.

Воздух сжимается в компрессоре, отводится теплота сжатия в концевом теплообменнике (Q_сж) и воздушный поток высокого давления

Проходит через клапанную коробку кл2, охлаждается в нижнем регенераторе, проходит через клапанную коробку кл4 (рис. 12 а) После регенератора сжатый воздух попадает в ВРУ, где разделяется на жидкий кислород и газообразный азот, жидкий кислород уходит к потребителю, а газообразный азот проходит через клапанные коробки кл3 и кл1 и через верхний регенератор, после чего уходит к потребителю. После отработки нижнего регенератора, клапанные коробки переключаются так, что сжатый воздух начинает охлаждаться в верхнем регенераторе, а газообразный азот регенерирует нижний регенератор (рис. 12 б)

Требования к регенератору:

1) Большая теплоёмкая масса С [

2) Коэффициент теплоотдачи между потоком и насадкой должен быть большим, либо поверхность теплообмена должна быть велика.

3) Коэффициент теплопроводности насадки должен быть велик, чтобы интенсивно проводить теплоту между центром и поверхностью, либо толщина насадки должна быть мала.

Обычно в качестве насадки используются куски проволоки, металлическая стружка (нерегулярная насадка), либо брикеты из гофрированного алюминия или меди.

Первоначально использовались камни (лучше всего базальтовые камни)

Время переключения регенераторов определяется:

1) Теплоёмкой массой насадки

2) Допустимым температурным диапазоном

3) Температура потока на выходе из регенератора

Чем больше 1 и 2 тем дольше время переключения.

Рекуператоры

Наиболее часто в технике низких температур встречаются двухпоточные теплообменные аппараты типа труба в трубе.

Рисунок 13. Теплообменник труба в трубе.

А – прямой поток, Б – обратный поток (может быть и сонаправлен А)

Рисунок 14. Слева: прямоточный рекуператор, справа: противоточный рекуператор.

Основной задачей теплообмена в низкотемпературной технике является охлаждение прямого потока до более низкой температуры.

Поэтому противоточный теплообмен является более оптимальным по сравнению с прямоточным.

Прямоточные теплообменные аппараты используются если прямой поток претерпевает фазовые превращения, например, конденсируется. Для осуществления этого процесса необходим большой перепад температур.

Рисунок 15. Q-T диаграмма для прямоточного теплообменного аппарата, в котором прямой поток претерпевает фазовый переход.

Лекция 7.