想要申请吧主,本月内发帖数量不够,来补一贴。
我们所用的能量现阶段多来自于热机,如煤炭和天然气的蒸汽轮机或燃气轮机,内燃机,核电等,这些热机排出的废热其实还包含大量的热能,只是无法用于再次烧开水而弃之,被称为低级热能,也叫废热。热机效率大小多是取决于冷热源的温差,那这些废热所含热能是多少呢?理论上来说绝对零度之上都具有热能,废热初始温度都在100度之上,100+273=373度,发电厂水蒸气温度一般在400度之内,400-100=300度,也就是说高级热能和低级热能几乎是相同多的。
如何利用这些热能?举个例子,10层楼上一块石头,具有30米的重力势能,掉落地面后,有没有重力势能了?一般情况下重力势能为0,没有高差哪来的势能。如果此时石头的旁边有一口20米深污水井,那对于这块石头是不是又有了重力势能。
这个设置就是人为制造一个低温冷源,来提高废热与冷源的温差,使废热得以利用。
冷源选的是液氦,最难液化,液化温度最低的气体,临界压力最小,临界温度和液化温度最近的气体,低温实验数据最难准确的气体,更是汽化热最小的气体。目前我所了解的数据来说,这是唯一适用此设置的气体。氦气临界温度-268度+环境温度20度,温差288度,接近燃气轮机温差。
设置的原理很简单,加热液氦汽化膨胀推动活塞运动,排出的具有一定压力的尾气氦气通过换热管路回头同要去做功的液氦通过管路换热,使尾气达到设定温度,越接近液氦温度越好,温度越低,后期节流液化率越高。
这里用管路换热器比较好,外绝热双层管路,一层进冷源,对向另一层进热源,理论上在换热面积足够的情况下,冷源的出端温度将无限接近热源温度,同理热源的出端温度将无限接近于冷源进端温度。对于气体,不同压力时的定压比热不同,潜热问题都要考虑和解决,其他帖子里有详细说明。
液氦先吸收尾气热能再吸收环境热能膨胀增压后进入气动机做功,具有一定压力的尾气放热后经节流阀,通过焦汤效应,部分氦气液化,未液化氦气二次加压后,用尾气和其加压前的低温为冷源来降低部分温度,后并入尾气换热管路一同节流液化,未液化部分再次加压放热,以此循环。
因氦气在低温阶段,压力越高定压比热越大,所以冷源液氦能够吸收尾气同二次加压的氦气的合量所释放的热能。
以上是仅限于本人现在所了解的有限的一些氦气物性和图表信息,以及已知的实验室公开的实验或模拟数据,用做的理论可行性依据。因氦气超低温特性,实验室的实验结果误差较大,尤其是在临界温度左右时的实验,液氦的汽化潜热用水做个对比,水由100度汽化为100度蒸汽吸热2260J/g,液氦为20.3J/g,水约为氦的110倍,在这个设置里主要靠液氦的汽化膨胀,我们按体积比来计算,水是1.0,液氦为0.125,110*8=880,也就是说同体积水的汽化热为液氦的880倍,液氦由光线照射都能直接汽化,可以想象实验时的难度。
对于氦气节流液化这块有了解的朋友请多提宝贵意见或建议,找到更多理论和实验依据来更好的完善。
我们所用的能量现阶段多来自于热机,如煤炭和天然气的蒸汽轮机或燃气轮机,内燃机,核电等,这些热机排出的废热其实还包含大量的热能,只是无法用于再次烧开水而弃之,被称为低级热能,也叫废热。热机效率大小多是取决于冷热源的温差,那这些废热所含热能是多少呢?理论上来说绝对零度之上都具有热能,废热初始温度都在100度之上,100+273=373度,发电厂水蒸气温度一般在400度之内,400-100=300度,也就是说高级热能和低级热能几乎是相同多的。
如何利用这些热能?举个例子,10层楼上一块石头,具有30米的重力势能,掉落地面后,有没有重力势能了?一般情况下重力势能为0,没有高差哪来的势能。如果此时石头的旁边有一口20米深污水井,那对于这块石头是不是又有了重力势能。
这个设置就是人为制造一个低温冷源,来提高废热与冷源的温差,使废热得以利用。
冷源选的是液氦,最难液化,液化温度最低的气体,临界压力最小,临界温度和液化温度最近的气体,低温实验数据最难准确的气体,更是汽化热最小的气体。目前我所了解的数据来说,这是唯一适用此设置的气体。氦气临界温度-268度+环境温度20度,温差288度,接近燃气轮机温差。
设置的原理很简单,加热液氦汽化膨胀推动活塞运动,排出的具有一定压力的尾气氦气通过换热管路回头同要去做功的液氦通过管路换热,使尾气达到设定温度,越接近液氦温度越好,温度越低,后期节流液化率越高。
这里用管路换热器比较好,外绝热双层管路,一层进冷源,对向另一层进热源,理论上在换热面积足够的情况下,冷源的出端温度将无限接近热源温度,同理热源的出端温度将无限接近于冷源进端温度。对于气体,不同压力时的定压比热不同,潜热问题都要考虑和解决,其他帖子里有详细说明。
液氦先吸收尾气热能再吸收环境热能膨胀增压后进入气动机做功,具有一定压力的尾气放热后经节流阀,通过焦汤效应,部分氦气液化,未液化氦气二次加压后,用尾气和其加压前的低温为冷源来降低部分温度,后并入尾气换热管路一同节流液化,未液化部分再次加压放热,以此循环。
因氦气在低温阶段,压力越高定压比热越大,所以冷源液氦能够吸收尾气同二次加压的氦气的合量所释放的热能。
以上是仅限于本人现在所了解的有限的一些氦气物性和图表信息,以及已知的实验室公开的实验或模拟数据,用做的理论可行性依据。因氦气超低温特性,实验室的实验结果误差较大,尤其是在临界温度左右时的实验,液氦的汽化潜热用水做个对比,水由100度汽化为100度蒸汽吸热2260J/g,液氦为20.3J/g,水约为氦的110倍,在这个设置里主要靠液氦的汽化膨胀,我们按体积比来计算,水是1.0,液氦为0.125,110*8=880,也就是说同体积水的汽化热为液氦的880倍,液氦由光线照射都能直接汽化,可以想象实验时的难度。
对于氦气节流液化这块有了解的朋友请多提宝贵意见或建议,找到更多理论和实验依据来更好的完善。