2014-02-09
379
Отсюда
Используя выражение (17.17), формулу (17.20) представим в виде
.
.(17.17)
Формула (8,21) выражает интегральный эффект Джоуля-Томсона, наблюдаемый при конечном перепаде давления на дросселе.
Следует отметить, что в идеальном газе Δ W n =0 эффект Джоуля -Томсона отсутствует, так как из (8,18) для идеального газа следует равенство
,
которое выполняется только при Δ T =0.
Температуру Тi, при которой эффект Джоуля - Томсона меняет зна, называют температурой инверсии.
Как показывает опыт, один и тот же газ может как нагреваться, так и охлаждаться в зависимости от условий дросселирования.
Зависимость температуры инверсии от давления газа перед дросселем называется кривой инверсии. Кривая инверсии зависит от уравнения состояния газа и отделяет совокупность состояний газа, при переходе между которыми он охлаждается, от состояний, между которыми он нагревается.
Рис.17.5
Из графика следует, что температура инверсии имеет максимальное и минимальное значения, которым соответствует p =0. Расчет показывает, что эти температуры связаны с критической температурой газа T к формулами
|
|
|
.
Максимальное давление инверсии для газа, который подчиняется уравнению состояния Ван-дер-Ваальса, составляет 
.
Для подавляющего большинства газов температура инверсии выше нормальной температуры. Поэтому, расширяясь при нормальной температуре, газы охлаждаются. При больших перепадах давления на дросселе температура газа может изменяться значительно. Например, при дросселировании от 200 атм до 1 атм и при начальной температуре 17°С воздух охлаждается на 35°С. Этот интегральный эффект положен в основу большинства технических процессов сжижения газов.
Схема установки для сжижения газов приведена на рис. 17.9. Газ, сжатый до высокого давления и охлажденный до комнатной температуры, поступает по трубопроводу 1 в теплообменник А.
Рис. 17.6
В вентиле В газ адиабатически дросселируют до давления, близкого к атмосферному. При этом он охлаждается. Если понижение температуры недостаточно для сжижения газа, то его по трубопроводу 2 возвращают в теплообменник А, где он охлаждает новые порции сжатого газа и выбрасывается через трубопровод. Таким образом, постепенно понижается температура газа за вентилем В, пока, наконец, не начинается сжижение газа. Сконденсированный газ собирается в сосуде С.
