Процесс уменьшения давления, в итоге которого нет ни увеличения кинетической энергии, ни совершения технической работы, называется дросселированием.
Рассмотрим течение рабочего тела сквозь пористую перегородку (рис. 5.6).
Рис. 5.6. Дросселирование рабочего тела в пористой перегородке
Приняв, что дросселирование происходит без теплообмена с окружающей средой
,
где h1, h2 – энтальпия в сечениях I и II.
Если скорости потока до и после пористой перегородки достаточно малы, так что , то h1=h2.
При дросселировании рабочего тела его энтальпия остается постоянной, энтропия и объем увеличиваются, давление падает. Температура в разных условиях меняется по-разному.
Поскольку h=u+pv, то из равенства h1 = h2получаем, что u1 + p1v1=u2+p2v2, или u1–u2=p2v2–p1v1.
Для идеальных газов h2–h1=cp(t2–t1), поэтому в результате дросселирования температура идеального газа остается постоянной, следовательно u1=u2, p1v1=p2v2.
При расширении реального газа совершается работа против сил притяжения молекул, что увеличивает его потенциальную составляющую внутренней энергии. Если работа вытеснения p2v2–p1v1»0, то и u1»u2. Внутренняя энергия в этих условиях может оставаться постоянной лишь за счет уменьшения ее кинетической составляющей, т. е. снижения температуры. У большинства газов при не очень высокой температуре так и происходит: при дросселировании они охлаждаются. Изменение температуры при дросселировании называется эффектом Джоуля-Томсона. В данном случае этот эффект положителен: – температура увеличивается.
Эффект отрицательный
Температура, при которой этот эффект меняет знак , называется температурой инверсии.
Дросселирование иногда используют для регулирования (уменьшения) мощности тепловых двигателей. Конечно, такое регулирование неэкономично, так как часть работы безвозвратно теряется, но вследствие своей простоты оно применяется достаточно часто. Поскольку при дросселировании реальных газов их температура уменьшается (если она ниже температуры инверсии), этот процесс широко используется в технике получения низкой температуры и сжижения газов.