• 林德-漢普遜循環

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    林德-漢普遜循環

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    系統屬性注意:共軛變量以斜體顯示

    材料特性

    可壓縮性 β = ? {\displaystyle \beta =-}
    熱膨脹 α = {\displaystyle \alpha =}

    方程式

    • 卡諾定理
    • 克勞修斯定理
    • 基本關系
    • 理想氣體定律
    • 麥克斯韋關系
    • Onsager 互惠關系
    • 布里奇曼方程
    • 熱力學方程表

    潛力

    • 自由能
    • 自由熵
    • 內能 U ( S , V ) {\displaystyle U(S,V)}
    • 焓 H ( S , p ) = U + p V {\displaystyle H(S,p)=U+pV}
    • 亥姆霍茲自由能 A ( T , V ) = U ? T S {\displaystyle A(T,V)=U-TS}
    • 吉布斯自由能 G ( T , p ) = H ? T S {\displaystyle G(T,p)=H-TS}

    林德-漢普循環是一種氣體液化工藝,特別是空氣分離工藝。 威廉·漢普森和卡爾·馮·林德于 1895 年獨立申請了該循環的專利:漢普森于 1895 年 5 月 23 日申請,林德于 1895 年 6 月 5 日申請。

    林德-漢普隨環引入了再生冷卻,一種正反饋冷卻系統。 熱交換器布置允許xxx溫差(例如 0.27 °C/atm J–T 空氣冷卻)超越單級冷卻,并且可以達到液化固定氣體所需的低溫。

    林德-漢普循循環與西門子循環的不同之處僅在于展開步驟。 西門子循環讓氣體做外部功以降低其溫度,而林德-漢普拖循環完全依賴于焦耳-湯姆遜效應; 這樣做的優點是冷卻設備的冷側不需要移動部件。

    循環

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    冷卻循環分幾個步驟進行:

    • 氣體被壓縮,從而將外部能量添加到氣體中,為其提供運行整個循環所需的能量。 林德的美國專利給出了一個例子,低壓側壓力為 25 個標準大氣壓(370 psi;25 bar),高壓側壓力為 75 個標準大氣壓(1,100 psi;76 bar)。
    • 然后通過將氣體浸入較冷的環境中來冷卻高壓氣體; 氣體失去了一些能量(熱量)。 林德的專利示例以10°C的鹽水為例。
    • 高壓氣體通過逆流換熱器進一步冷卻; 離開最后一級的較冷氣體冷卻進入最后一級的氣體。
    • 氣體通過焦耳-湯姆遜孔(膨脹閥)進一步冷卻; 氣體現在處于較低壓力。低壓氣體現在處于當前循環中的最低溫度。一些氣體冷凝并成為輸出產品。

    熱力學

    • 低壓氣體被引導回逆流熱交換器,以冷卻較暖的進入高壓氣體。
    • 離開逆流換熱器后,氣體比最冷時溫度高,但比第 1 步開始時溫度低。
    • 氣體被送回壓縮機,與進入的溫暖補充氣混合(以替換冷凝產品),然后返回壓縮機以進行另一次循環(并變得更冷)。

    在每個循環中,凈冷卻量大于循環開始時增加的熱量。 隨著氣體經過更多循環并變得更冷,在膨脹閥處達到較低溫度變得更加困難。

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