 |
|
Газа при этом возрастает. Однако давление р2 в сечении после диафрагмы
Оказывается меньше давления р1 в сечении перед диафрагмой.
Рис. 3.4. Процесс дросселирования газа
Снижение давления является следствием потерь на трение и вихреоб-
Разование, вызванное разностью давлений у стенок диафрагмы и в потоке.
Вследствие этих потерь процесс дросселирования является необратимым и
Протекает с увеличением энтропии.
Величина снижения давления зависит от природы газа, параметров его
Состояния, скорости движения и степени сужения трубопровода.
После дросселирования удельный объем возрастает, а температура газа
В зависимости от его природы и параметров состояния перед дросселирова-
Нием может как увеличиваться, так и уменьшаться или оставаться неизмен-
Ной.
Изменение температуры после дросселирования газа и пара, называется
Дроссель-эффектом Джоуля _Томсона.
Для адиабатного процесса дросселирования справедливо уравнение
первого закона термодинамики (3.10): dh + wdw = 0 , однако для сечений,
Достаточно удаленных от сужения, изменение скорости и соответственно
Кинетической энергии в процессе дросселирования в потоке незначительное
и им можно пренебречь, поэтому из уравнения (3.10) следует:
dh = 0 и h1 = h2 (3.14)
Это равенство является уравнением дросселирования. Оно показывает,
Что энтальпия в результате дросселирования не изменяется, что справедливо
Для сечений, удаленных от сужения.
Для идеального газа энтальпия является однозначной функцией темпе-
Ратуры, поэтому эффект Джоуля _Томсона для него равен нулю.
В отличие от идеального в реальном газе имеются силы притяжения
Между молекулами и при расширении его внутренняя потенциальная энергия
Возрастает. Это и является причиной изменения температуры реального газа
При дросселировании.
Количественно дроссель-эффект Джоуля _Томсона определяется
выражением:
P h
T
⎟ ⎟
⎠
⎞
⎜ ⎜
⎝
⎛
∂
= ∂ др α , (3.15)
где αдр – коэффициент адиабатического дросселирования или коэффи-
Циент дифференциального дроссель-эффекта.
Если для газа
P h
T
⎟ ⎟
⎠
⎞
⎜ ⎜
⎝
⎛
∂
= ∂ др α > 0 (dp < 0 и dT < 0), то в процессе
дросселирования газ охлаждается, а при др α < 0 (dp < 0 и dT > 0) – газ
Соответственно нагревается.
Коэффициент дросселирования может менять величину и знак.
Температура, при которой дроссельный эффект меняет знак, называется
Температурой инверсии Tинв.
Для реальных газов установлено: если температура газа перед дрос-
селем Tнач < Tинв, то газ охлаждается, а если Tнач> Tинв _ газ при
Дросселиро-вании нагревается.
Температуру инверсии газа Тинв определяют из опыта.
Ряд данных приведен ниже.
Газ...........Воздух Водяной пар Водород Гелий
Тинв,°С : ... 600 4121 -57 -239
Дроссельный эффект используется в криогенной технике для получения
Сжиженных газов.
Из приведенных данных видно, что два первых газа в области комнат-
Ной температуры можно превратить в жидкость в процессе их дросселиро-
вания, так как для них Тнач < Тинв. Для сжижения двух других газов их