разное

Расширение без получения внешней работы

Дросселирование (мятие) - процесс снижения давления жид­кости или газа при прохождении через местное сопротивление (вентиль, капиллярную трубку, диафрагму и т. д.) - рис. 4.4.

Поток вещества при расширении не производит внешней работы, а процесс снижения давления происходит настолько быстро, что теплообмен с окружающей средой отсутствует (п. 2.5).

Физика процесса дросселирования заключается в том, что работа (pjvj - p2v2) может быть получена только за счет изменения внутренней энергии потока (Uj - щ) при прохождении через местное сопротивление, а также за счет изменения кинетической энергии

. Следовательно,

,,2 ,2

Pi ~ Pi =u2 ~ui +—-------------- ■ (4.6a)

2g

При введении выражения для определении энтальпии потока h=u+pv, получаем

W21 — wl

H2 ~hj -------------- 2- = 0, (4.66)

Тогда hj=h2.

Поскольку процесс дросселирования в своей основе подразумевает наличие внутреннего сопротивления, то он является классически необратимым процессом, т. е. протекает с ростом энтропии.

Дросселирование идеального газа не сопровождается изменением температуры, так как линии h=const и T=const совпадают, т. е.

A(pv)=p2v2 - pivі =0. (4.7а)

Для реального газа внутренняя энергия направлена против внутренних сил взаимодействия молекул, поэтому температура в результате дросселирования будет обязательно изменяться

A(pv)=p2v2 -pivi <0.

Ур. (4.76) показывает, что увеличение энергии идет за счет уменьшения внутренней энергии, в результате чего газ охлаждается.

Ур. (4.7в) показывает, что на уменьшение энергии затра­чивается работа извне, работа превращается в тепло, в результате чего газ нагревается.

Изменение температуры рабочего тела при дросселировании носит название эффекта Джоуля-Томсона. Эффект Джоуля - Томсона различают трех видов в зависимости от знака изменения температуры при расширении:

• положительный - температура понижается;

• нулевой - температура не изменяется;

• отрицательный - температура повышается. Дифференциальный дроссель-эффект - это отношение

Бесконечно малого изменения температуры к бесконечно малому изменению давления

Дифференциальный дроссель-эффект бывает (рис.4.5):

• ah>0 - положительный (процесс 2-3);

• &h=0 - нулевой (точка 2);

• ah<0 - отрицательный (процесс 1-2).

Множество точек, в которых дифференциальный дроссель эффект равен нулю, называется кривой инверсии. Кривая инверсии строится для каждого рабочего вещества (рис.4.5).

Дроссель-эффект при больших конечных изменениях давления называют интегральным дроссель-эффектом

(4.9)

Многие газы (например, воздух, кислород, азот и др.) в про­цессе дросселирования охлаждаются, если температура перед дрос­селем равна Тср. Для других газов (например, водорода, гелия), если
перед дросселированием их температура равна Тср, то наблюдается нагрев, в связи с чем для обеспечения положительного дроссель - эффекта такие газы необходимо предварительно охладить до Т<Тср.

Рассмотрим процессы детандирования и дросселирования, проходящие в области влажного пара (рис.4.6). Насыщенная жид­кость (точка 1) расширяется в детандере (точка 2s) или в дроссель­ном вентиле (2/г). Давление и температура в точках 2s и 2h совпа­дают, различие составляет лишь степень сухости полученного влаж­ного пара. Видно, что x2s<x2h-

Из рассмотренного примера можно сделать следующие выводы:

• при расширении насыщенной жидкости (любым способом) всегда получают влажный пар;

• процесс детандирования сопровождается получением влаж­ного пара с меньшей степенью сухости, чем процесс дроссели­рования.