Термодинамический анализ процессов в компрессорах

ЛЕКЦИЯ 19

Дифференциальный дроссельный эффект

Изменение температуры жидкостей и реальных газов при адиабатном дросселировании впервые было установлено опытами ученых Джоуля и Томсона в 1852 г. и называется эффектом Джоуля-Томсона.

Опытами Джоуля-Томсона было установлено, что в процессе дросселирования при изменении давления газа на бесконечно малую величину dp происходит бесконечно малое изменение температуры

dT_h = a_h dp, (16.3)

Величина a_h равная производной (dT/dp)_h, называется дифференциальным дроссельным эффектом или эффектом Джоуля-Томсона. Она характеризует скорость изменения температуры газа при изменения давления в результате адиабатного дросселирования.

Значение a_h можно определить из уравнения

dh = c_p dT – [T (dυ/dT)_p – υ] dp,

которая для процесса дросселирования (dh =0) имеет вид

(dT/dp)_h = 1 / C_p [T (dυ/dT)_p – υ] = a_h, (16.4)

Из уравнения (16.4) видно, что для определения значения дифференциального дроссельного эффекта a_h необходимо знать теплоемкость c_p и уравнение состояния вещества, из которого можно найти частную производную (dυ/dT)_p.

Уравнение (16.4) справедливо для любых веществ. Проанализируем это уравнение. Так как теплоемкость всегда больше нуля (c_p>0), а при дросселировании давление уменьшается (dp<0), то алгебраический знак дифференциального дроссельного эффекта, а значит, и dT будут определяться знаком величины T (dυ/dT)_p – υ.

При этом возможны три случая:

T (dυ/dT)_p – υ > 0; T (dυ/dT)_p – υ < 0; T (dυ/dT)_p – υ = 0, (16.5)

В случае, когда T (dυ/dT)_p – υ = 0, a_h = 0, dT = 0 и дроссельный эффект не наблюдается. Нетрудно показать, что последнее имеет место для идеальных газов, подчиняющихся уравнению состояния pυ = RT.

Для идеального газа

(dυ/dT)_p = υ / T, (16.6)

Подставляя выражение (16.6) в уравнение (16.4), получим

(dT/dp)_h = 0,

то есть идеальный газ дросселируется без изменения температуры.

Как уже отмечалось, для реальных газов дроссельный эффект не равен нулю и может быть либо положительным, либо отрицательным.

Если (dυ/dT)_p < υ / T, то a_h < 0, т.е. дроссельный эффект является отрицательным. В этом случае dT > 0, т.е. в процессе дросселирования температура вещества возрастает.

Если же (dυ/dT)_p > υ / T, то a_h > 0 (дроссельный эффект положителен). При этом dT < 0, т.е. температура дросселируемого вещества будет уменьшаться.

Экспериментально установлено, что для одного и того же вещества знак a_h может быть различным в разных областях состояния.

Сжатый воздух, получаемый с помощью компрессоров, широко применяется в различных отраслях народного хозяйства.

Компрессорными машинами называются машины, предназначенные для сжатия и перемещения газов.

Дата добавления: 2014-11-29