Приведены методы расчета и конструирования криогенных машин, безмашинных криогенераторов и криоинструментов, наиболее широко применяемых в низкотемпературной технике. Рассмотрены поршневые и лопастные машины, предназначенные как для криогенерации (детандеры, криогенные газовые машины), так и для циркуляции криоагента (насосы), а также криогенные аппараты, реализующие струйный, вихревой, пульсационный, волновой и магнитокалорический эффекты при получении холода. Приведены расчеты и конструкции специфических криогенераторов и криоинструментов, используемых в криохирургии. Рассмотрены процессы, происходящие в машинах и аппаратах, работающих в двухфазной области параметров состояния криоагентов.
Содержание учебника соответствует курсу лекций, который авторы читают в МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Для студентов, инженеров, магистров, аспирантов и специалистов.
Author(s): под общ. ред. А.М. Архарова и И.К. Буткевича
Publisher: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана
Year: 2011
Language: Russian
Pages: 582
Предисловие 9
Список основных сокращений 11
Глава 1. Области применения криогенных и низкотемпературных машин 13
1.1. Назначение криогенных и низкотемпературных машин 13
1.2. Основные этапы развития криогенных и низкотемпературных машин 14
1.3. Определение рациональной области применения расширительных машин 21
Глава 2. Особенности основных рабочих процессов расширительных машин 25
2.1. Изменение параметров рабочего тела в полости низкотемпературной расширительной объемной машины 25
2.2. Особенности процесса расширения рабочего тела в двухфазной области параметров состояния 31
2.3. Истечение газов. Газодинамические функции 35
Глава 3. Поршневые криогенные и низкотемпературные детандеры 43
3.1. Устройство, действие и классификация поршневых детандеров 43
3.2. Основные определения. Индикаторная диаграмма поршневого детандера 46
3.3. Энергетический баланс. Потери холодопроизводительности вследствие «производства» энтропии в рабочих процессах. Оценка эффективности поршневого детандера 50
3.4. Действительный цикл поршневого детандера. Влияние реальных свойств криоагента 61
3.5. Алгоритм теплового расчета адиабатного поршневого детандера 71
3.6. Динамические характеристики поршневого детандера 86
3.7. Поршневое уплотнение 91
3.8. Механизм газораспределения 97
3.9. Отбор и утилизация энергии расширения газа. Защита от разгона 107
3.10. Основные конструктивные особенности воздушных, водородных и гелиевых поршневых детандеров 110
3.11. Особенности эксплуатации и автоматизации поршневых детандеров 121
Глава 4. Криогенные турбодетандеры 126
4.1. Области применения турбодетандеров. Схема, основные понятия 126
4.2. Расчет процесса в турбодетандере 132
4.3. Оптимизация параметров турбинной ступени 137
4.4. Термодинамический расчет газовой турбины. Определение геометрических и режимных параметров 143
4.5. Сопловые аппараты турбинной ступени 152
4.6. Профилирование элементов турбинной ступени 169
4.7. Определение параметров турбодетандеров при нерасчетных режимах 182
4.8. Конструкции турбодетандеров 193
4.9. Системы подвески ротора. Основы динамики турбодетандеров 221
Глава 5. Криогенные газовые машины 227
5.1. Принцип действия и классификация 227
5.2. Принципиальные схемы КГМ 234
5.3. Циклы и особенности рабочего процесса 240
5.4. Развитие теории и методов расчета КГМ 250
5.5. Гидродинамическая модель КГМ. Расчет индикаторных диаграмм полостей 257
5.6. Аппараты внешнего теплообмена 268
5.7. Конструкции и тепловой расчет регенераторов 285
5.8. Последовательность расчета КГМ 309
5.9. Рекомендации по оптимизации машин 313
5.10. Многоступенчатые КГМ и особенности их расчета 318
5.11. Конструкции КГМ 320
Глава 6. Безмашинные криогенераторы 366
6.1. Эжекторы 366
6.2. Вихревые трубы 381
6.3. Пульсационные криогенераторы 396
6.4. Магнитокалорические криогенераторы 419
6.5. Волновые криогенераторы 436
6.6. Медицинские криогенераторы и криоинструменты для хирургии 447
Глава 7. Криогенные насосы 497
7.1. Криогенные центробежные насосы 497
7.2. Поршневые насосы 544
7.3. Насосы для жидкого гелия 569
Литература 582
