Истечение и дросселирование газов и паров

Занятие №29-30

Холодильные циклы без отдачи внешней работы (с дросселированием газа)

Дросселирование - понижение давления в потоке жидкости, газа или пара при прохождении его через дроссель — местное гидродинамическое сопротивление (сужение трубопровода, вентиль, кран и т. д.); наблюдается в условиях, когда поток не совершает внеш. работы и нет теплообмена с окружающей средой. При Д. реальные газы изменяют свою температуру (см. ДЖОУЛЯ — ТОМСОНА ЭФФЕКТ). Д. применяется для измерения и регулирования расхода жидкостей и газов (в расходомерах), для сжижения газов.

Рассмотрим холодильный цикл с дросселированием газа (рис. 1). Газ с давлением P₁ и абсолютной температурой Т₁ изотермически сжимается в компрессоре I до давления P₂ (линия 1 - 2), после чего, пройдя дроссельный вентиль II, газ расширяется до первоначального давления P₁, а его температура снижается до Т₃ (линия 2 – 3 при i₂=const). Охлажденный газ нагревается в подогревателе III до первоначальной температуры Т₁ (линия 3 – 1 при р₁ =const), отнимая от охлаждаемой среды количество тепла, равное холодопроизводительности 1 кг газа: q₀=q_дрос. =i₁-i₂

Рисунок 1 - Холодильный цикл с дросселированием газа

Таким образом, холодопроизводительность при дросселировании равна разности энтальпии газа (i₁-i₂) до и после изотермического сжатия в компрессоре.

Количество тепла, отводимого при изотермическом сжатии газа, равно:

-q=T₁∆S

где ∆S – изменение энтропии (длина отрезка 1 - 2).

Работа, затраченная в компрессоре на сжатие газа (при температуре Т₁), согласно уравнению l+q=i₂ – i₁ составляет

l_компр. =-q+(i₁-i₂)= T₁∆S-q_дрос.

Температура после дросселирования может быть снижена путем рекуперации холода. Для этого сжатый газ до поступления в дроссельный вентиль пропускают через теплообменник, где охлаждают расширенным газом перед его подачей в компрессор из подогревателя. Холодопроизводительность и затрата работы на сжатие газа при рекуперации холода не изменяются.