林德-漢普遜循環

林德-漢普遜循環用於氣體的液化,特別是空氣分離。 威廉·漢普遜和卡爾·馮林德於1895年分別獨立地申請了該循環的專利。

簡介

林德-漢普遜循環用於氣體的液化,特別是空氣分離。威廉·漢普遜和卡爾·馮林德於1895年分別獨立地申請了該循環的專利。

林德-漢普遜系統引入了再生冷卻——一種正反饋冷卻系統。熱交換器布置允許絕對溫差(e.g.0.27 °C/atm J-T下空氣的冷卻)超過單級冷卻,並達到液化“固定”氣體所需的低溫。

漢普森-林德循環與西門子循環的不同在於膨脹階段。西門子循環中氣體對外做功降溫度降低,林德-漢普遜循環則僅依賴於焦耳-湯姆遜效應。優點是冷側不需要移動部件。

循環過程

通過壓縮加熱氣體,以給予其參與循環所需的外部能量。

通過將氣體浸入低溫環境的方式將其冷卻,使其失去一部分熱量(和能量),

通過換熱器用來自下一(和最後)階段的返流氣體對其進行冷卻,

使氣體通過焦耳-湯姆遜孔,以進一步冷卻,降低熱量,但保存勢能而非動能。現階段氣體達到整個過程的最低溫度,將再度循環並被送回。

加熱-參與階段3時作為冷卻劑,然後

送回至階段1,開始下一個循環,並通過壓縮略微復熱。

1.

通過壓縮加熱氣體,以給予其參與循環所需的外部能量。

2.

通過將氣體浸入低溫環境的方式將其冷卻,使其失去一部分熱量(和能量),

3.

通過換熱器用來自下一(和最後)階段的返流氣體對其進行冷卻,

4.

使氣體通過焦耳-湯姆遜孔

5.

加熱-參與階段3時作為冷卻劑,然後

6.

送回至階段1,開始下一個循環,並通過壓縮略微復熱。

在每個循環中,淨冷卻大於在循環開始時加入的熱量。當氣體經過更多循環溫度降逐步降低,在擴壓缸處達到更低的溫度將變得更為困難。

焦耳-湯姆孫效應

焦耳-湯姆孫效應是指氣體會因在等焓的環境下自由膨脹,而使溫度上升或下降。這個過程稱為焦耳-湯姆孫過程這以詹姆斯·焦耳和開爾文男爵命名。

各種氣體定律說明了溫度、壓力和體積。當體積不可逆回地上升,這些定律不能清楚說明壓力和溫度的改變。而在可逆絕熱過程中,氣體膨漲做了正功,因此溫度下降。

可是,真實氣體(相對理想氣體而言)在等焓環境下自由膨脹,溫度會上升或下降(是哪方看初始溫度而定)。對於給定壓力,真實氣體有一個 焦耳-湯姆孫反轉溫度,高於溫度時氣體溫度會上升,低於時氣體溫度下降,剛好在這溫度時氣體溫度不變。許多氣體的在1大氣壓力下的反轉溫度高於室溫。

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