Методическое обеспечение

1.Методические указания по выполнению практических работ.

Охлаждение — процесс понижения температуры тела. Для охлаждения нужно иметь два тела: охлаждаемое и охлаждающее — источник низкой температуры. Охлаждение продолжается, пока между телами происходит теплообмен. Источник низкой темпера­туры должен функционировать постоянно, так как охлаждение следует осуществлять непрерывно. Это возможно при достаточно большом запасе охлаждающего вещества или если постоянно вос­станавливается его первоначальное состояние. Последнее широко применяется в холодильной технике с использованием различ­ных холодильных машин.

Различают естественное и искусственное охлаждение. При ес­тественном охлаждении теплота от более нагретого тела перехо­дит к менее нагретому (среде). Искусственное охлаждение предпо­лагает получение температуры охлаждаемой среды ниже темпера­туры окружающей среды. Низкие температуры получают путем физических процессов, при протекании которых происходит по­глощение извне теплоты без повышения температуры тела.

К основным физическим процессам, сопровождающимся по­глощением теплоты, относятся фазовые переходы вещества: плавление или таяние при переходе тела из твердого состояния в жидкое; испарение или кипение при переходе тела из жидко­го состояния в парообразное; сублимация или возгонка при пе­реходе тела из твердого состояния непосредственно в газооб­разное.

Искусственное охлаждение может быть основано и на других физических процессах, например адиабатическом дросселирова­нии газа с начальной температурой меньшей, чем температура верхней точки инверсии; адиабатическом расширении газа с от­дачей полезной внешней работы; вихревом эффекте.

Фазовый переход вещества при плавлении или таянии, испа­рении или кипении, сублимации или возгонке происходит при соответствующих температурах и давлениях с поглощением зна­чительного количества теплоты.

Для получения низких температур (но не ниже 0°С) может быть применен водный лед, который в условиях атмосферного давления плавится при 0°С и имеет сравнительно большую вели­чину удельной теплоты плавления — 335 кДж/кг. Если давление ниже атмосферного, сублимация водного льда происходит при температуре ниже 0°С, что используют в сублимационной сушке пищевых продуктов.

Более низкие температуры плавления можно получить, сме­шивая лед с некоторыми солями, например с хлоридом кальция.

Более широко распространено получение низких температур с использованием процесса кипения. С помощью одного вещества можно получить определенный интервал температур, поскольку температура его кипения зависит от давления: с уменьшением давления температура кипения понижается, и наоборот. С помощью различных веществ можно получать низкие температуры в широ­ком диапазоне. Процесс испарения используют, например, для понижения температуры воды или влажных поверхностей.

Адиабатическим дросселированием называют процесс необрати­мого перехода газа (жидкости) с высокого давления на низкое (рас­ширение) при прохождении через сужение поперечного сечения (перегородка с отверстием, пористая перегородка и т.д.) без со­вершения внешней работы и отдачи или получения теплоты.

При адиабатическом расширении газа с отдачей полезной внеш­ней работы получение низких температур возможно при любом его состоянии, так как температура изменяется в сторону понижения. В отличие от адиабатического дросселирования в этом случае эффект возможен и для идеального газа, при этом понижение температу­ры в процессе адиабатического расширения при прочих равных условиях бывает более значительным, чем при дросселировании.

Адиабатическое расширение газа в детандере (расширителе) используют для получения криогенных температур.

Вихревой эффект достигается в вихревых трубах при подаче в них по тангенциальному вводу сжатого воздуха, имеющего темпе­ратуру окружающей среды. Скорость вращения воздуха в трубе обратно пропорциональна ее радиусу. Центральная часть вращаю­щегося потока имеет большую скорость, чем периферийная, вслед­ствие чего температура воздуха у стенок трубы выше, а в центре ниже, чем температура подаваемого в трубу воздуха. Можно полу­чить потоки воздуха с низкой и высокой температурами, если разделить центральную и периферийную части потока. Это явле­ние называется эффектом Ранка. Таким образом, через определенный физический процесс мож­но получить источник требуемой низкой температуры, необходи­мый для охлаждения тела.

Контрольные вопросы

1. Что такое процесс охлаждения?

2. Какие существуют виды охлаждения?

3. Что такое адиабатическое дросселирование?

4. Каким образом достигается вихревой эффект?

5. Основные физические процессы, сопровождающиеся поглощением теплоты?

Задание для СРСП:

1. Изменение белков, жиров и углеводов в продуктах при замораживании.

2. Изменение, происходящее с витаминами в продуктах при замораживании.

Задание для СРС: оформить результаты практической работы № 3. Ответить на вопросы для самопроверки. Подготовиться к опросу по темам лекции и СРСП.