Дросселированием называется явление, при котором пар или газ
переходит с высого 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)
Тема 6. Реальные газы. Водяной пар. Влажный воздух.