Дроселювання газів і парів - студопедія
З досвіду відомо, що якщо на шляху руху газу або пари в каналі зустрів чає перешкоду (місцеве опираючись-ня), частково захаращує попе-чное перетин потоку, то тиск за пре-перешкоджає завжди виявляється менше, ніж перед ним. Цей процес зменшення тиску, в результаті якого немає ні увели-чення кінетичної енергії, ні вдосконалення-ності технічної роботи, називається дроселюванням.
Малюнок 7.6 - Дроселювання робочого тіла в пористої перегородки
Розглянемо протягом робочого тіла крізь пористу перегородку. Прийнявши, що дросселирование происхо-дит без теплообміну з навколишнім сере-дою, розглянемо зміна стану робочого тіла при переході з перетину I в перетин II.
де h 1, h 2 значення ентальпії в перетинах I і II. Якщо швидкості потоку до і після пористої перегородки досить малі, так що, то
Отже, при адіабатні дросселірова-ванні робочого тіла його ентальпія залишається-ся постійною, тиск падає, обсяг збільшується.
Оскільки, то з рівності отримуємо, що
Для ідеальних газів, тому в результаті дроселювання темпера-туру ідеального газу залишається постійного-ної, внаслідок чого.
При дроселюванні реального газу температура змінюється (ефект Джоуля-Томсона). Як показує досвід, знак зміни температури (для одного і того ж речовини може бути позитивним (> 0), газ при дроселюванні охолоджується, і негативним ( <0 ), газ нагревается) в различных областях со-стояния.
Стан газу, в якому, називається точкою інверсії ефекту Джоуля - Томсона, а температура, при якій ефект ме-вується знак, - температурою інверсії. Для водню вона дорівнює -57 ° С, для гелію становить -239 ° С (при атмосферному тиску).
Адіабатне дросселирование викорис-зуется в техніці отримання низьких тим-температур (нижче температури інверсії) і зрідження газів. Природно, що до температури інверсії газ потрібно охла-дить якимось іншим способом.
На малюнку умовно показано зраді-ня параметрів при дроселюванні ідеального газу і водяної пари. Услов-ність зображення полягає в тому, що нерівноважні стану не можна зображені зить на діаграмі, т. Е. Можна зображені зить тільки початкову і кінцеву точки.
Малюнок 7.7 - Дроселювання ідеального газу (а) і водяної пари (б)
При дроселюванні ідеального га-за (рисунок а) температура, як вже го-ворілось, не змінюється.
З h, s -діаграмми видно, що при адіабатні дроселюванні окропу вона перетворюється на вологий пар (процес 3 -4), причому чим більше па-дає тиск, тим більше знижується температура пара і збільшується сте-пень його сухості. При дроселюванні пара високого тиску і невеликого перегріву (процес 5 -6) пар спочатку переходить в суху насичену, потім у вологий, потім знову в суху насичену і знову в перегрітий, причому темпе-ратура його в підсумку також зменшується.
Дроселювання є типовим нерівновагим процесом, в результаті якого ентропія робочого тіла возра-стає без підведення теплоти. Як і всякий нерівноважний процес, дросселірова-ня призводить до втрати располагаемой роботи. У цьому легко переконатися на при-міру парового двигуна. Для отримання з його допомогою технічної роботи ми маємо в своєму розпорядженні паром з параметрами p 1 та t 1. Тиск за двигуном одно р2 (якщо пар викидається в атмосферу, то р2 = 0,1 МПа).
В ідеальному випадку розширення па-ра в двигуні є адіабатних і зображується в h, s -діаграмме верти-кальной лінією 1-2 між изобарами p1 (в нашому прикладі 10 МПа) і p 2 (0,1 МПа). З-вершать двигуном технічна ра-бота дорівнює різниці ентальпій робочого тіла до і після двигуна:. На малюнку б ця робота зображується відрізком 1-2.
Якщо пар попередньо дроселі-ється в засувці, наприклад, до 1МПа, то стан його перед двигуном ха-рактерізует вже точкою 1 '. Розширенням-ня пара в двигуні піде при цьому по прямій 1 '-2'. В результаті технічна робота двигуна, зображувана відріз-ком 1 '-2', зменшується. Чим сильніше дросселируется пар, тим більша частка наявного теплоперепада, зображені вантажують відрізком 1-2, безповоротно ті-ряется. При дроселюванні до тиску-ня р2, рівного в нашому випадку 0,1 МПа (точка 1 ''), пар зовсім втрачає можли-ність зробити роботу, бо до двигуни-ля він має такий же тиск, як і по-сле нього. Дроселювання іноді ис-товують для регулювання (умень-шення) потужності теплових двигунів. Звичайно, таке регулювання нееконо-мічних, так як частина роботи безвозврат-но втрачається, але воно іноді застосовується внаслідок своєї простоти.