Процессы волнового расширения газа.

Процесс волнового расширения: расширение в условиях установившегося течения с генерацией волновой (акустической) энергии и отводом части этой энергии в преобразованном виде от расширяющегося газа.

Волновые процессы расширения реализуются в волновых криогенераторах (ВКГ), а сам метод получил название газодинамического безмашинного метода получения холода.

Для возбуждения волновых автоколебательных режимов используют скачки уплотнений, возникающие в недорасширенных струях при истечении газа через сужающееся сопло. За пределами сопла наблюдаются сверхзвуковые скорости течения газа. При втекании такой струи в какую-либо замкнутую полость скачок уплотнения при определенных условиях начинает осциллировать, генерируя волновой процесс (эффект Гартмана). Преобразование энергии колебаний среды в другие формы энергии и отвод ее от расширяющегося газа можно осуществлять различными методами. Наиболее распространены волновые криогенераторы с резонансными трубками и криогенератора с коротким резонатор-излучатель и эллипсоидным концентратором. Волновая энергия в обоих случаях преобразуется в теплоту. Возможны и другие конструкции, в том числе с прямым преобразованием волновой энергии в электрическую.

Уменьшение энтальпии газа при расширении в волновом криогенераторе определяет его холодопроизводительность:

q=i_вх–i_вых,

где q – количество отведенной теплоты.

В общем случае изменение температуры газа при расширении в ВКГ

∆T=T_вх–Т_вых=∆T_ω±ΔT_i,

где ∆T_ω – понижение температуры газа в результате отвода части волновой энергии; ∆T_i – интегральный дроссель-эффект.

Эффективность ВКГ можно оценивать адиабатным КПД, т.е. как для «волнового» детандера:

η_ад≈q/∆i_s,

где ∆i_s – разность энтальпий при изоэнтропном расширении.

При достигнутой степени совершенства ВКГ средние значения η_ад=0,12…0,18, на отдельных режимах η_ад=0,2…0,25 (для наиболее совершенных конструкций). Несомненное преимущество ВКГ как безмашинных генераторов холода – простота, надежность, устойчивость работы в широкой области параметров для различных газообразных рабочих тел. Осуществить эффективный рабочий процесс ВКГ в области состояний насыщения пока не удалось. Это ограничивает их применение.