 |
2. Дросселирование идеального газа
|
|
|
|
2. Дросселирование идеального газа
Из определения энтальпии
i = U + PV
следует:
i1 = U1 + P1V1, i2 = U2 + P2V2
и
i2 – i1 = (U2 – U1) + (P2V2 – P1V1).
Для идеального газа P1V1 = RT1, P2V2 = RT2 и Δ U = U2 – U1 = 
,
где 
– средняя массовая изохорная теплоемкость.
Тогда
.
Так как 
и 
, то из условия i1 = i2 окончательно получаем:
T1 = T2.
Таким образом, при дросселировании идеального газа температура потока до и после местного сопротивления не изменяется. Из равенства температур T1 и T2 следует равенство
P1V1 = P2V2.
Так как при дросселировании всегда P2 < P1, то
V2 > V1.
На рис. 2. 1 представлен процесс дросселирования идеального газа в Т-S диаграмме.
Рис. 2. 1. Процесс дросселирования идеального газа в T-S диаграмме.
В Т-S диаграмме процесс дросселирования между точками 1 и 2 не является изотеримческим, так как совпадают температуры только в крайних точках. Процесс между этими точками протекает при переменных значениях энтальпии i и температуры Т:
− за счет понижения давления в месте сужения скорость потока возрастает при соответствующем уменьшении температуры и энтальпии;
− за местом сужения, где кинетическая энергия вихрей и работа сил трения переходит в теплоту, температура и энтальпия повышаются;
− на некотором удалении от места сужения, где скорость потока стабилизируется, температура и энтальпия восстанавливают свои первоначальные значения.
Таким образом, процесс дросселирования идеального газа нельзя называть изоэнтальпийно-изотермическим. На T-S и i-S диаграммах он изображается условно пунктирной прямой.
3. Дросселирование пара
|
|
|
Пар по своим свойствам отличается от идеального газа, поэтому при дросселировании его температура в общем случае изменяется. Для анализа процесса дросселирования пара удобно использовать его i-S диаграмму (рис. 3. 1).
Рис. 3. 1. Процесс дросселирования пара в i-S диаграмме.
Перегретый пар в процессе дросселирования 1 – 2 остается перегретым.
Перегретый пар в процессе 3 – 4 становится сначала сухим, затем влажным насыщенным, далее снова сухим и затем перегретым.
Влажный насыщенный пар в процессе дросселирования 5 – 6 становится сначала сухим, а затем перегретым.
Влажный насыщенный пар в процессе дросселирования 7 – 8 остается влажным насыщенным, изменяя кроме Р и Т еще и степень сухости.
Кипящая насыщенная жидкость в процессе дросселирования 9 – 10 становится влажным насыщенным паром.
Именно этот вариант дросселирования реализуется в парокомпрессорных холодильных установках.
4. Дроссель-эффект Джоуля-Томсона
В 1852 г. опытным путем Джоуль и Томсон установили, что при внешне адиабатном дросселировании температура рабочего тела может уменьшаться или увеличиваться. Это явление изменения температуры при дросселировании было названо эффектом Джоуля-Томсона.
Различают дифференциальный и интегральный дроссель-эффекты.
Дифференциальным дроссель-эффектом (α i) называется бесконечно малое изменение температуры, отнесенное к бесконечно малому изменению давления:
. (4. 1)
При малом понижении давления
,
поэтому в этом случае изменение температуры при дросселировании можно определить из уравнения
. (4. 2)
Интегральным дроссель-эффектом называется изменение температуры рабочего тела при внешне адиабатном дросселировании в практических условиях, т. е. при значительном снижении давления. В этом случае изменение температуры определяется из уравнения:
|
|
|
. (4. 3)
Для использования этого уравнения необходимо знать формулу зависимости α i от давления и температуры.
Значение α i может быть положительным, отрицательным и равным нулю. Так как при дросселировании всегда dP < 0, то при α i > 0 температура рабочего тела понижается, при α i < 0 – повышается и при α i = 0 остается неизменной.
Значение интегрального дроссель-эффекта определяется по таблицам или диаграммам.
|
|
|
