Основні процеси, що супроводжуються зниженням температури
1)Використання природного холоду(240 К – 300 К) – холоду товщі ґрунту, холодної води, льоду, запасеного взимку або перевезеного з гірських місцевостей;
2)Дроселювання(0,7 К – 300 К) – адіабатне розширення газів, пар та рідин, що проходять через гідравлічний опір. Здійснюється у відкритій системі та є нерівноважним (незворотнім) процесом. Дроселювання описується рівнянням h = const;
У процесі дроселювання температура може як знижуватися, і підвищуватися. Це залежить від початкового та кінцевого тиску, початкової температури та роду газу.
Використовується в парокомпресійних холодильних установках (холодильник побутовий) та жителі.
Робота при дроселюванні не відбувається.
3)Детандування– адіабатне розширення газу або пари з провадженням зовнішньої роботи. В ідеальному випадку процес квазірівноважний і описується умовою S=const
В області помірного холоду використовують у повітряних турбохолодильних установках. В області низьких температур – зрідження низькотемпературних газів, низькотемпературний поділ газової суміші, а також у рефрижераторних установках, призначених для відведення теплоти з низькотемпературних камер.
Процес детандерів реалізується з використанням об'ємних та турбодетандерів.
4)Вихлоп– вільний випуск стиснутого газу з судини, є адіабатним розширенням з скоєнням зовнішньої роботи проти навколишнього середовища в нерівноважних умовах, на початку процесу вихлоп йде близько до ізоентропного розширення S=const.
В областях помірного холоду 120 -300 До використовується рідко.
В областях низького холоду 0,7 К – 120 К використовуєтьсядосить широко. Приклад: машина Гіффорда – Макмагона та жижитель Симона для отримання рідкого гелію.
5)Адіабатне розширення газу при його перетіканні з одного об'єму в інший, тобто. процес розширення у якому внутрішня енергія залишається постійної.
Незважаючи на обов'язкове зниження температури, процес важко реалізувати і не використовується на практиці.
6)Вихрове адіабатне розширення газу в спеціальних вихрових трубах (Ранка-Хілша), де відбувається поділ розширеного газу на два потоки, що мають різні температури. Гарячий потік виходить із периферії труби, а холодний із центру. Широко використовується в області помірного холоду та в окремих установках області низького холоду.
7)Хвильове розширення газу в спеціальних акустичних кріогенераторах, де енергія газу, що розширюється, переходить у теплоту, або електроенергію: в результаті виникнення акустичного коливання між «теплою» і «холодною» частинами хвильового кріогенератора. Використовується в окремих установках помірного та глибокого холоду.
8)Пульсаційне розширення газу– здійснюється у спеціальних установках (пульсаційних трубах) у яких здійснюється пульсаційне розширення газу при його впуску та випуску з пристрою. Використовується в окремих установках глибокого та помірного холоду.
9)Адіабатне відкачування парів киплячої рідини. В результаті випаровування частини рідини відбувається охолодження частини, що залишилася. Використовується в деяких установках помірного холоду і в багатьох установках глибокого холоду для отримання температур нижче за рівноважну температуру рідини при нормальному тиску.
10)Барботаж- проходження газових бульбашок через шар рідини. В результатівідбувається випаровування парів рідини в газові бульбашки, температура рідини та газу зменшуються. Використовується для охолодження газів та рідини в області помірного холоду і досить добре використовується для отримання знижених температур рідини в області глибокого холоду.
11)Відкачування парів твердої фази(зазвичай кристали). Використовується для отримання температур нижче потрійної точки для даної речовини і іноді використовується для окремих установок глибокого холоду.
12)Адіабатна десорбція газу з поверхні адсорбату.Використовується в установках помірного та глибокого холоду (теплові компресорні машини)
13)Адіабатне дегідрування інтерметалевих сполук на основі рідкісноземельних металів(на основі лантану)
Використовується теплота десорбції водню при його видаленні з гідридоутворювальної сполуки. Використовується в установках помірного та глибокого холоду (гідридні компресори для стиснення водню)
14)Адіабатний стиск суміші твердого та рідкого гелію-3 при температурі менше 0,3 К.При цьому відбувається зниження температури за рахунок переходу гелію з рідкого в твердий стан (ефект Померанчука)
15)Змішування або розчинення речовин у рідкому, твердому або газоподібному станах, що супроводжується зниженням температури, що є наслідком того, що теплоємність суміші більша за суму парціальних теплоємностей компонентів цієї суміші. Використовується в установках помірного холоду (водо-аміачні та бромисто-літієві холодильні машини).
В області наднизьких температур при розчиненні рідкого гелію-3 в надплинному гелії-4, що дозволяє досягти температур близько 0,001 К.
16)Адіабатне розмагнічування парамагнітнихматеріалів, теплоємність яких залежить від величини зовнішнього магнітного поля. Використовують солі або чисті кристали рідкоземельних металів (наприклад, гадолінія).
Використовується у всьому діапазоні температур, але лише для окремих установок. Нема широкого застосування.
17)Адіабатне розмагнічування ядер. Використовується для отримання наднизьких температур близько 10-8 К.
18)Термоелектричний ефект(виникнення різниці температур при проходженні електричного струму на спаях різнорідних провідних матеріалів (зазвичай напівпровідників). Використовується в установках помірного холоду.
19)Виникнення різниці температур у провіднику при проходженні через нього електричного струму в магнітному полі.
Рідко використовується в установках помірного та глибокого холоду та майже не використовується в області наднизького холоду.
20)Виникнення різниці температур під час продавлювання надплинного гелію через капіляри. Використовується в установках надглибокого холоду.