Дросселирование газов и паров

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=c_p(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.