ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Охлаждение газов и жидкостей при дросселировании из "Получение и использование низких температур " Если на пути газа или жидкости, протекающих по трубопроводу, встречается какое-нибудь местное сопротивление, суживающее сечение потока, то давление среды после этого устройства всегда оказывается меньшим, чем до него. Такое явлепш называется дросселированием. Оно происходит, например, при прохождении потока через полуоткрытые вентили, задвижки, различные диафрагмы или другие устройства, установленные в трубопроводе, и сопровождается не только понижением давления, но и, как правило, изменеиием температуры дросселируемой среды, что и позволяет в ряде случаев использовать дросселирование для получения низких температур. [c.19] Томсоном (Кельвином) при изучении свойств реальных газов. [c.19] Внутренняя энергия идеального газа не зависит от давления и объема, поэтому при дросселировании, как это следует из правой части уравнения (9), Аы=0. Из уравнения (9) также получаем р1У1—р2Ь2, т. е. работа, переданная поршнем I газу до дросселирования, равна работе, отданной газом поршню П после дросселирования. Отсюда по закону Клапейрона следует, что Т1—Т2. Температура идеального газа при дросселировании не меняется. [c.21] В отличие от идеальных газов, внутренняя энергия которых зависит только от температуры или, другими словами, от кинетической энергии молекул, в реальных газах внутренняя энергия слагается из двух составляющих кинетической энергии отдельных молекул или их ассоциаций и потенциальной составляющей. [c.21] Потенциальная энергия связана с силами межмоле-кулярного взаимодействия. Эти силы обусловлены в основном электрическими факторами. [c.21] Простейшая молекула одноатомного газа представляет собой диполь, поэтому межмолекулярное взаимодействие носит сложный характер. Оно обусловливается как силами притяжения разноименных зарядов, так и силами отталкивания одноименных зарядов. То же самое происходит и с группами или ассоциациями молекул. [c.21] Расширение реального газа направлено против сил взаимного притяжения молекул и поэтому ведет всегда к уменьшению внутренней энергии, а следовательно, и температуры. Но одновременно действуют и другие факторы. [c.21] Силы межмолекулярного взаимодействия зависят от расстояния между молекулами. Если расстояние между молекулами соизмеримо с размерами самих молекул, то преобладают силы отталкивания. [c.22] По мере увеличения расстояния силы отталкивания резко уменьшаются. Уменьшаются также и силы взаимного притяжения, но в значительно меньшей степени. Следовательно, с какого-то определенного момента, начинают преобладать силы взаимного притяжения молекул. При дальнейшем увеличении расстояния силы межмолекулярного взаимодействия уменьшаются настолько, что реальный газ практически не отличается от идеального. [c.22] Преобладание тех или иных сил межмолекулярного взаимодействия сказывается на конечном температурном эффекте дросселирования. [c.22] Если перед расширением газ находится в таком состоянии, что преобладают силы взаимного притяжения молекул, то в процессе дросселирования происходит понижение температуры если преобладают силы отталкивания, то температура повышается. [c.22] Кроме рассмотренных выше факторов, на температурный эффект дросселирования оказывает влияние трение газа о каналы дроссельного устройства. Теплота трения полностью переходит в кинетическую составляющую внутренней энергии газа, что ведет также к повышению его температуры. Однако нагревание, связанное с трением потока, обычно невелико и не вносит решающего вклада в окончательный температурный эффект дросселирования. [c.22] Проведем оценку влияния реальности газа на температурный эффект дросселирования. [c.22] Приближенно свойства реальных газов могут быть описаны известным уравнением Ван-дер-Ваальса. [c.22] В этом уравнении силы взаимного притяжения молекул учитываются поправкой а конечный объем молекул, пропорциональный силам отталкивания, — величиной Ь. [c.22] Величины а и Ь — постоянные, определяются из эксперимента и зависят только от природы вещества. При уравнение Ван-дер-Ваальса превращается в уравнение Клапейрона для идеальных газов. [c.23] Как показывают опыты, проведенные с реальными газами, во всех случаях при дросселировании изменение температуры значительно менее интенсивно, чем давления. Поэтому независимо-от знака Гг—Т1 величина Ды будет положительна. Это означает, что в процессе дросселирования реального газа, у которого силы взаимного притяжения молекул невелики, внутренняя энергия и, а следовательно, и температура Т возрастают. [c.23] Поскольку расширение газа всегда уменьшает силы межмолекулярного взаимодействия, а следовательно, и потенциальную энергию, то можно утверждать, что в рассмотренном выше случае произошло преобразование потенциальной энергии в кинетическую. [c.23] В реальных случаях при дросселировании на эффект изменения температуры одновременно влияют как силы взаимного притяжения, так и силы взаимного отталкивания молекул. Следовательно, можно найти такие начальные условия (р, V), когда оба рассмотренных фактора влияют на процесс дросселирования в одинаковой степени, но, естественно, с разным знаком. Отклонение от этих условий в ту или иную сторону приводит соответственно к повышению или понижению температуры в процессе дросселирования. [c.24] Вернуться к основной статье