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氦氣為工質的能量轉換系統


氦氣理化性質：
分子量：4.0026 熔　點（2555kPa)：-272.1℃
沸　點（101.325kPa)：-268.94℃ 液體密度（4.20K，100.312kPa)：125.2kg/m3
氣體密度（0℃，101.325kPa)：0.1785kg/m3 相對密度（0℃，101.325kPa，空氣=1)：0.138
比　容（21.1℃，101.325kPa)：6.0304m3/kg 臨界溫度：-268.0℃
臨界壓力：229kPa 臨界密度：69.3kg/m3
熔化熱（1.2K，2555kPa)：0.0836kJ/kg 汽化熱（-268.926℃,101.325kPa)：20.42kJ/kg
比熱容（101.325kPa，25℃)：Cp=5238.3J/(kg·K) Cv=3213.7J/(kg·K)
比熱比（25℃，101.325kPa，氣體)：Cp/Cv=1.63 粘　度（101.325kPa,0℃)：0.01864mPa·s
蒸汽壓（0.5K)：0.0000022kPa (2.0K)：3.17kPa (5.0K)：197.1kPa
表面張力（4.2K)：0.096mN/m 導熱系數（101.325kPa，0℃)：0.1426W/(m·K)


工作原理0BE
外界熱量由熱交換管路1，傳導至熱交換器2，經熱交換管路3，加熱氣化室4里的液氦和氦氣，使液氦氣化后膨脹產生壓力。高壓氦氣的溫度和壓力達到一定設計值后，經氣動機進氣管5，進入氣動機6，將氦氣壓力轉化為可以直接利用的機械能。其中一部分用于自身循環(huán)消耗，其余部分對外輸出。做工完畢還具有一定壓力的氦氣經氣動機排氣散熱管7，回經氣化室，氦氣在這里和液氦進行必要的熱交換后排放至液化室10，因為在汽化室的散熱，此時的汽氦溫度接近于液化溫度。因為還具有一定的壓力節(jié)流放出后一部分將被液化，未液化氦氣被吸入高壓氦氣泵8，加壓經汽化室熱交換管9，進入氣化室由氦氣和液氦交換熱量后再返回液化室10液化。以此循環(huán)，使液化室壓力溫度和液氦高度達到預設狀態(tài)。液化后的氦氣經高壓氦氣泵11加壓后補充氣化室液氦以維持系統循環(huán)。（各部分工況必須在主控制系統調控下才能正常運轉） 4
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問題1、為什么要用氦氣為工質氣體？ -Mgf
答：在這里氦氣有很多其他氣體所沒有的物理特性，其中一點氦氣的液化溫度和臨界溫度相差很小，從氣動機和氣氦壓縮機出來的氦氣在液氦氣化室進行充分的熱交換后，溫度已接近臨界溫度，和液化溫度也沒有大的溫差。所以氦氣壓縮機不需要產生很大的壓力來使其最后液化。而別的氣體液化溫度和臨界溫度相差太大，要循環(huán)液化，壓縮機就要消耗很多的能量來再次加壓，甚至還要外界補充能量，才能完成。自身能量不夠用，又怎能對外輸出。 7.
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問2、怎么會是永動機呢？ }/
答：如果在外加能量將設置啟動后再將整個設置與外界絕熱，熱交換管路1將吸收個部分工作時所產生的摩擦熱(主要是氦氣壓縮機、高壓液氦泵、氣動機，控制系統所消耗的電能也將以熱的形式被吸收，暫不提）只要這部分溫度高于氦氣的液化溫度或臨界溫度都將使氣化室的液氦氣化產生壓力使氣動機運轉，并轉化為設備自身運轉所需的能量。（各設置、管路，根據不同工況之間也需要絕熱）

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