2014-02-05
303
Рис. 2.10 Дросселирование газа
Рассмотрим процесс течения газа через цилиндрический канал постоянного сечения, имеющий местное сопротивление в виде диафрагмы (рис. 2.10).
Примем расчетную схему: процесс течения газа без теплообмена с окружающей средой (адиабатное дросселирование); газ реальный; процесс необратимый; есть трение в газе.
На преодоление местного сопротивления затрачивается работа
. (2.72)
Эту работу принято называть работой проталкивания. Она превращается в теплоту, которая поступает в поток газа.
В адиабатном процессе работа совершается за счет уменьшения внутренней энергии. Следовательно,
. (2.73)
Приравняв правые части уравнений (2.72) и (2.73), получим
или 
. (2.74)
т.е. в результате адиабатного дросселирования значения энтальпии газа до и после местного сопротивления одинаковы. Следует отметить, что в самом дросселе (диафрагме) энтальпия газа изменится (уменьшится) за счет увеличения кинетической энергии газа.
Реальные газы при дросселировании могут изменить свою температуру. Изменение температуры газа при его дросселировании называют эффектом Джоуля-Томпсона (1892 г.). Температура газа может понижаться, оставаться неизменной или возрастать. Причиной этого может служить то, что внутренняя энергия реального газа зависит не только от температуры, но и от сил взаимодействия молекул (или от 
и 
).
Из уравнения Ван-дер-Ваальса можно получить выражение
. (2.75)
Анализ уравнения (2.75) показывает, что возможны три случая:
а) 
. Тогда 
и 
Такая температура называется температурой инверсии 
. (2.76)
где 
- критическая температура. Это такая температура, при которой переход из жидкого состояния в газообразное и обратно происходит без изменения объема. При температуре выше критической, газ невозможно никаким давлением превратить в жидкость (для бытовых нужд метан, пропан) (например, 
для гелия 
; для водорода 
).
б) 
; 
; 
, т.е. 
, т.е. газ нагревается;
в) 
; 
; 
, т.е. 
, т.е. газ охлаждается.
