Дросселирование

ДРОССЕЛИРОВАНИЕ ГАЗОВ И ПАРОВ

ТЕМА 7

Дросселирование - необратимый процесс, в котором понижается давление потока в результате его прохождения через местное сопротивление, без совершения внешней работы.

Любое местное сопротивление в трубопроводе вызывает дросселирование газа или пара. Примеры таких сопротивлений - клапаны, вентили, краны, диафрагмы, сетки, решетки и т.п.

Рассмотрим в качестве примера дросселирование через диафрагму, установленную в трубопроводе постоянного поперечного сечения, как это показано на рис.7.1. В узком отверстии, сужении скорость газа и его кинетическая энергия возрастают. Часть этой кинетической энергии затрачивается на образование турбулентных вихрей и превращается в теплоту. В теплоту превращается также энергия на преодоление сопротивлений (трение). Вся теплота воспринимается газом. При отсутствии теплообмена и внешней работы значения энтальпии в сечениях, удаленных от местного сопротивления не изменится, т.к..

Полагая w₁»w₂ получим

При адиабатном дросселировании пара или газа его энтальпия до и после дросселирования не изменяется, хотя вблизи диафрагмы энтальпия постоянной не остается, в связи с чем процесс нелязя отождествлять с обратимым изоэнтальпийным процессом.

Для идеального газа изменение энтальпии определится как

Отсюда следует вывод, что для идеального газа температура в результате дросселирования не изменяется.

Скорость потока за отверстием вновь увеличивается, как и давление, однако давление не достигает начального значения p₁. Соответственно после дросселирования уменьшится плотность, что вызовет некоторое увеличение скорости, как это показано на рисунке.

В зависимости от начальных параметров и свойств реальных газов при дросселировании температура может уменьшаться, увеличиваться или оставаться неизменной. Научное обоснование явлению дросселирования дали Дж.Джоуль и У.Томсон (Кельвин), поэтому явление изменения температуры газов в процессе дросселирования называют эффектом Джоуля-Томсона. Различают дифференциальный и интегральный дроссель-эффекты.

Рис.7.1

Дифференциальный дроссель-эффект - отношение бесконечно малого изменения температуры к бесконечно малому изменению давления в процессе дросселирования, т.е.

Интегральный дроссель-эффект характеризует конечный процесс дросселирования

При дросселировании всегда ¶p < 0, поэтому в зависимости от знака изменения температуры DT дроссель-эффект называют положительным, если DT<0, и отрицательным, когда DT > 0.

Изменение знака дроссель-эффекта называют инверсией, а температура, соответствующая этому изменению, называется температурой инверсии.

Для реальных газов температура инверсии определяется из следующего приближенного соотношения

T_инв » 6.75T_кр,

где T_кр - критическая температура газа.

Поскольку среди наиболее часто применяющихся в технике газов только гелий и водород имеют низкие критические температуры (соответственно 5К и 23К), температура практически всех газов в процессе дросселирования понижается в диапазоне температур 200...800К.

Следует отметить, что вся работа расширения газа от давления p₁ до давления p₂ практически затрачивается на преодоление сил трения, что обуславливает возрастание энтропии газа.

Дата добавления: 2013-12-13