25. Применение I-го закона термодинамики к различным типам теплотехнического оборудования.

1) теплообменный аппарат – устройство, в котором теплота от жидкой или газообразной среды передается другой среде. Тогда: l_ТЕХ. = 0, отсюда (С²₂ – С²₁) = q_ВНЕШ., а q_ВНЕШ. = h₂ – h_1. Для теплообменника, установленного в потоке, это выражение справедливо не только в изобарном процессе, но и в процессе с трением, когда давление среды уменьшается из-за сопротивления.

2) Тепловой двигатель: (С²₂ – С²₁) = l_ТЕХ., q_ВНЕШ. = 0, отсюда l_ТЕХ. = h₁ – h₂, т.е. рабочее тело производит техническую работу за счет уменьшения энтальпии величину (h₁ – h₂) называют – располагаемым теплоперепадом.

3) Компрессор: Если процесс сжатия газа в компрессоре происходит без теплообмена с окружающей средой (q_ВНЕШ. = 0) и С₁ = С₂ (это можно обеспечить соответствующим выбором сечений всасывающего и нагнетательного воздухопроводов), то: l_ТЕХ. = h₁ – h₂. В отличие от теплового двигателя здесь h₁<h₂, т.е. техническая работа в адиабатном процессе затрачивается на увеличение энтальпии газа.

4) Сопло и диффузоры: Специально спрофилированные каналы для разгона рабочей среды и придания потоку определенного направления называется соплом. Каналы, предназначенные для торможения потока и повышения давления, называются диффузорами. Техническая работа в них не совершается, поэтому уравнение примет вид: δ*q_ВНЕШ. = dH + d(C²/2).

26. Дросселирование паров и газов. Эффект Джоуля-Томпсона.

В трубопроводах для регулирования параметров и расхода газа или пара часто устанавливают задвижки, клапаны, вентили, приводящие к сужению газового потока. При входе в более узкое отверстие клапана, или как часто называют дросселя, поток пара постепенно уплотняется и приобретает большую скорость. В потоке происходит перераспределение количества энергии. Необратимый процесс неравновесного расширения газа от большего давления к меньшему, происходящий без отдачи работы во вне, называется дросселированием или мятием пара. Процесс дросселирования протекает без теплообмена с окружающей средой, т. е. адиабатно. В узком отверстии дросселя (например, диафрагмы) скорость пара при постепенном сужении потока достигает максимальной величины. При выходе из узкого сечения скорость его вновь уменьшается и достигает почти первоначального значения. Давление пара, определяемое величиной потенциальной энергии, при прохождении через дроссель падает от pi до Р2 благодаря увеличению кинетической энергии. Давление пара за дросселем вследствие последующего уменьшения кинетической энергии будет возрастать, но пар частично затратит свою энергию на преодоление трения и завихрений потока, а выделившаяся при этом теплота компенсирует падение энтальпии пара в узком сечении дросселя; энтальпия пара до и после дросселя не изменится. Приведенные рассуждения подтверждаются преобразованием уравнения энергетического баланса. Конечное состояние пара при дросселировании зависит от его начальных параметров и отношения площади отверстия дросселя к площади сечения трубопровода. Чем меньше отношение этих площадей, тем больше перепад давлений. Пары ведут себя при дросселировании по-разному: влажный пар давлением 4,0— 5,0 МПа при дросселировании может быть превращен в сухой насыщенный или даже перегретый. При дросселировании перегретого пара может произойти снижение его перегрева или переход в насыщенное и вновь перегретое состояние. Все эти превращения легко установить, пользуясь графическим методом расчета с помощью is-диаграммы.

Дросселированием пользуются при регулировании мощности в паровых двигателях, для  снижения давления пара в паропроводах в случае использования его движущей силы. На процессе дросселирования основан принцип работы диафрагм как приборов для измерения расхода газа или пара, проходящих через трубопровод.

ДЖОУЛЯ-ТОМПСОНА ЭФФЕКТ (Джоуля-Келвина эффект), снижение температуры, имеющее место при выходе газа через небольшое отверстие в зону низкого давления. Это происходит потому, что при выходе газ должен противостоять межмолекулярным силам. На этом эффекте основан принцип работы холодильников. Назван по имени его открывателей, Джеймса Джоуля и Уильяма Томпсона Келвина. Еще один из основных процессов в парокомпрессионных холодильных машинах, заключающийся в падении давления и снижении температуры хладагента при его протекании — через суженное сечение под воздействием разности давлений без совершения внешней работы и теплообмена с окружающей средой. В узком сечении скорость потока возрастает, кинетическая энергия расходуется на внутреннее трение между молекулами. Это приводит к испарению части жидкости и снижению температуры всего потока. Процесс происходит в регулирующем вентиле или другом дроссельном органе (капиллярной трубке) холодильной машины.