Дросселирование газов, паров и жидкостей

Адиабатное расширение газа в открытой системе в условиях стационарного течения без совершения внешней работы и приращения скорости на контрольной поверхности называется дросселированием.

Для практического осуществления этого процесса на пути газа устанавливают какое-либо гидравлическое сопротивление: дроссельный вентиль, заслонку, калиброванное отверстие и пр.

В результате дросселирования энтальпия не изменяется, но вблизи дроссельного устройства она не остается постоянной, поэтому процесс дросселирования нельзя отождествлять с обратимым изоэнтальпийным процессом.

Следовательно, для процесса дросселирования можно записать как ∆ h = 0.

Для идеального газа , следовательно,  и .

Дросселирование идеального газа должно проходить без изменения температуры.

При расширении реального газа увеличивается расстояние между молекулами, и совершается работа против сил межмолекулярного взаимодействия. Это определяет изменение внутренней энергии и температуры, поэтому для реального газа при дросселировании

.

Процесс дросселирование необратим. Для идеального газа он необратим полностью, для реального газа − частично обратим.

Изменение температуры в процессе дросселирования носит название эффект Джоуля-Томсона.

Дифференциальный эффект Джоуля-Томсона определяется по формуле:

.                                  (17)

Практически при дросселировании всегда имеется конечная разность давлений, изменение температуры в таком процессе будет называться интегральным эффектом Джоуля-Томсона:

.                            (18)

Интегральный эффект дросселирования определяют обычно из термодинамических таблиц и диаграмм (рис. 13).

Знак эффекта дросселирования может быть различным.

Если , то  и процесс сопровождается охлаждением, поскольку .

Если , − то нагреванием. Здесь  − средний дифференциальный эффект дросселирования в конечном процессе.

Изменение знака дроссельного эффекта называют инверсией. В этом состоянии

.                                  (19)

Рис. 13. Процесс дросселирования в диаграмме Т − s

При определенном значении h, состояние инверсии будет иметь место при определенных р и Т.

При другом значении h, состоянию инверсии будут соответствовать другие р и Т. Таким образом, имеет место множество точек инверсии, в диаграмме это множество точек складывается в линию, которая называется кривой инверсии.

Кривая инверсии делит диаграмму на две области. В правой области дроссельный эффект положительный, в левой − отрицательный.

Для каждого вещества существует максимальная температура инверсии, выше которой эффект при любых давлениях отрицателен. Эта температура называется верхней температурой инверсии. Существует и так называемая нижняя температура инверсии в области жидкости.

(См. стр. 173 – 174 /Архаров А.М./)