Дросселированием называется явление, при котором пар
или газ переходит с высокого давления на низкое без совершения внешней работы и
без подвода или отвода теплоты. Такое явление происходит в трубопроводе, где
имеется место сужения проходного канала (Рис.5.2). При
таком сужении, вследствие сопротивлений, давление за местом сужения - Р2,
всегда меньше давления перед ним – Р1.
Любой кран, вентиль, задвижка, клапан и прочие местные сопротивления,
уменьшающие проходное сечение трубопровода, вызывают дросселирования газа или
пара, следовательно падения давления. В большинстве случаев это явление
приносит безусловный вред. Но иногда оно является необходим и создается
искусственно (регулирование паровых двигателей, в холодильных установках, в
приборах для измерения расхода газа и т.д.).
При прохождении газа через отверстие, кинетическая энергия газа и его скорость
в узком сечении возрастают, что сопровождается падением температуры и давления.
Газ, протекая через отверстие, приходит в вихревое движение. Часть его
кинетической энергии затрачивается на образование этих вихрей и превращается в
теплоту. Кроме того, в теплоту превращается и работа, затраченная на
преодоление сопротивлений (трение). Вся эта теплота воспринимается газом, в
результате чего температура его изменяется (уменьшается или увеличивается).
В отверстие скорость газа увеличивается. За отверстием газ опять течет по
полному сечению и скорость его вновь понижается. А давление увеличивается, но
до начального значения оно не поднимается; некоторое изменение скорости
произойдет в связи с увеличением удельного объема газа от уменьшения давления.
Дросселирование является необратимым процессом, при которм происходит
увеличение энтропии и уменьшение работоспособности рабочего тела.
Уравнением процесса дросселирования является следующее уравнение:i1
= i2 . (5.14)
Это
равенство показывает, что энтальпия в результате дросселирования не изменяется
и справедливо только для сечений, достаточно удаленных от сужения.
Для идеальных газов энтальпия газа является однозначной функцией температуры.
Отсюда следует, что при дросселировании идеального газа его температура не
изменяется (Т1 = Т2).
При дросселировании реальных газов энтальпия газа остается постоянной, энтропия
и объем увеличиваются, давление падает, а температура изменяется
(увеличивается, уменьшается или остется неизменной).
Изменение температуры жидкостей и реальных газов при дросселировании называется
эффектом Джоуля-Томсона.
Для идеального газа эффект Джоуля-Томсона равен нулю. Различают дифференциальный температурный эффект,
когда давление и температура изменяются на бесконечно малую величину, и интегральный температурный эффект, при
котором давление и температура изменяются на конечную величину.
Дифференциальный температурный эффект обозначается - б:
a = (¶T/¶P)i . (5.15)
Интегральный температурный эффект определяется из следующего уравнения:
DT = T2 – T1 = ò [T·(¶n/¶T)p – n] / cp dP . (5.16)
Для
реальных газов DT¹0 и может
иметь положительный или отрицательный знак.
Состояние газа, при котором температурный эффект меняет свой знак, называется точкой инверсии, а температура,
соответствующая этой точке, называется температурой
инверсии - Тинв.
Тинв = n·(¶Т/j¶ n)p . (5.17)
Предыдущая страница |
Следующая страница
СОДЕРЖАНИЕ