ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Дросселирование. Эффект Джоуля—Томсона из "Техническая термодинамика Изд.3 " Из опыта известно, что если на пути струи газа или жидкости, протекающих по трубе или какому-либо другому каналу, встречается препятствие, приводящее к внезапному резкому сужению поперечного сечения струи, а затем сечение струи увеличивается, то давление протекающего газа (жидкости) за препятствием всегда оказывается меньшим, чем перед ним. Такое препятствие называют местным сопротивлением. [c.236] Эффект падения давления струи рабочего тела в процессе протекания через сужения в канале называется дросселированием, или мя-тием. [c.237] С процессом дросселирования приходится часто сталкиваться на практике, например при движении воды через не полностью открытый водопроводный кран или при движении воздуха через не полностью открытый воздушный шибер. В обоих случаях вследствие сопротивления дроссельного органа (крана или шибера) давление за ним уменьшается. [c.237] Выясним основные закономерности процесса дросселирования. [c.237] Физически падение давления за местным сопротивлением обусловлено диссипацией энергии потока, расходуемой на преодоление этого местного сопротивления. [c.237] Рассмотрим процесс течения газа (жидкости) через трубу, имеющую местное сопротивление, например диафрагму (рис. 7-11). [c.237] Сечение трубы до и после диафрагмы считаем одинаковым. Скорость потока и до и после диафрагмы считаем пренебрежимо малой это позволяет пренебречь величиной кинетической энергии потока по сравнению с его энтальпией. [c.237] В процессе дросселирования к рабочему телу может подводиться тепло. Рассмотрим в первую очередь такой процесс дросселирования, в котором к газу (жидкости) не подводится и от него не отводится тепло, — так называемое адиабатное дросселирование. Считаем, что стенки трубы окружены идеальной теплоизоляцией, исключающей теплообмен с окружающей средой. [c.237] Аналогичным образом подсчитывается работа, которую производит, перемеш аясь, поршень II против давления р -. [c.238] Эта работа затрачивается на преодоление местного сопротивления, превращаясь в теплоту. Напомним, что величину (Рг г—принято называть работой проталкивания. [c.238] Мы получили важный вывод уравнение (7-116) показывает, что в результате адиабатного дросселирования значения энтальпий рабочего тела до и после местного сопротивления одинаковы. [c.238] Мы рассматриваем здесь состояния дросселируемого вещества до дросселя и за дросселем. Что же касается процесса, происходящего в самом дросселе, то следует заметить, что при течении внутри дросселя энтальпия газа (жидкости) может изменяться в самом деле, поскольку дроссель или другое местное сопротивление представляет собой сужение проходного сечения трубы, то при протекании через дроссель поток газа (жидкости) ускоряется, его кинетическая энергия возрастает и, следовательно, энтальпия уменьшается. После того как за дросселем сечение потока снова возрастает, поток замедляется (тормозится), его кинетическая энергия уменьшается и энтальпия увеличивается до прежнего значения. [c.239] Для лучшего понимания физики процессов, происходящих в потоке при его дросселировании, следует обратиться к полученным ранее уравнениям первого закона термодинамики для потока. [c.239] Отсюда следует, что постоянство энтальпии является свойством любого — и обратимого, и необратимого — горизонтального адиабатного потока малой скорости, не совершающего технической работы, и, таким образом, вовсе не является привилегией дросселируемого потока. Следовательно, условие постоянства энтальпии само по себе не вскрывает особенностей, характерных только для процесса дросселирования. [c.239] Закономерности, которые будут сформулированы ниже для процесса дросселирования при протекании газа (жидкости) через местное сопротивление, будут также справедливы и для обычного течения с трением, которое в свете сказанного можно рассматривать как дросселирование, растянутое по длине канала. [c.240] Поскольку тепло трения, разумеется, эквивалентно работе трения, т. е. [c.240] Выясним теперь, как изменяются в процессе адиабатного дросселирования остальные параметры газа (энтропия, температура и другие). [c.240] Приступая к вычислению изменения энтропии в процессе дросселирования, следует сделать одно существенное замечание. Дифференциальные уравнения термодинамики, которые мы будем использовать для вычисления изменения энтропии, температуры и других параметров вещества при адиабатном дросселировании, применимы, как отмечалось в гл. 3 и 4, только для обратимых процессов. Поэтому для того чтобы иметь возможность вос-пользоваться этими уравнениями для расчета изменения состояния газа (жидкости) в необратимом процессе адиабатного дросселирования от состояния 1 до состояния 2, мы должны предварительно подобрать схему обрати-м о г о процесса, переводящего рассматриваемый газ (жидкость) из того же исходного состояния 1 (перед дросселем) в то же конечное состояние 2 (за дросселем). Изменение энтропии будет подсчитано для этого обратимого процесса, но поскольку энтропия является функцией состояния, то разность энтропий газа (жидкости) в состояниях 1 vl2 будет такой же и для интересующего нас процесса дросселирования. Таким условным обратимым процессом может служить, например, обратимый процесс расширения газа с подводом (отводом) тепла, осуществляемый таким образом, чтобы энтальпия газа осталась постоянной . [c.241] В обш ем случае величина а,, отлична от нуля. Явление изменения температуры газов и жидкостей при адиабатном дросселировании называется эффектом Джоул я—Т о м с о н а величину часто называют коэффициентом Джоуля — Томсона. Измеряя дифференциальный дроссель-эффект (весьма малую конечную разность талшератур АТ при такого же порядка разности давлений по обе стороны дросселя Др), можно по результатам этих измерений найти величину а., а зная а , построить г, Г-диаграмму исследуемого вещества, определить теплоемкость с , ряд калорических функций, удельный объем и т. д. [c.242] Интегральный дроссель-эффект может достигать весьма большой величины. Например, при адиабатном дросселировании водяного пара от давления 29 400 кПа (300 кгс/см ) и температуры 450° С до давления, равного 98 кПа (1 кгс/см ), температура пара уменьшается до 180° С (т. е. на 270° С ). [c.242] Вернуться к основной статье