7. Дросселирование газов и паров

Эффект дросселирования проявляется при взаимодействии потока реального газа или пара в канале с местным резким сужением проходного сечения- местным сопротивлением, дросселем. Дросселирование (мятие) – адиабатный ( без теплообмена) необратимый переход рабочего тела от давления р₁ к более низкому р₂ .где не происходит расширения без совершения технической (полезной) работы, что представлено на Рис. 11.1. справа. _.Эффект изменения при этом и температуры рабочего тела исследовали Джоуль и Томсон (он же лорд Кельвин) ≈ в 1852году,поэтому он и назван их эффектом – Джоуля - Томсона.

При некоторых условиях дросселирование снижает температуру газа или пара – на этом основана работа ряда холодильных установок. Для тепловых двигателей это нежелательно, снижается их к. п. д. .

Дифференциальный дроссель – эффект для реального газа оценивается производной

α_i =( дТ/др)_i ...(7.1)

Интегральный дроссельный эффект, тогда

Т₂ -Т ₁ =∫_p1^р2 α _i dp . …(7.2)

Эффект связан с тем , что в реальных газах есть силы притяжения и отталкивания между молекулами ,газ расширяется – расстояние между молекулами увеличивается ,внутренняя энергия уменьшается, температура меняется.

Коэффициент адиабатического дросселирования α_i находят экспериментальным путем .Так как всегда dp>0 и с_р.>0., то он может быть положительным, отрицательным или равен 0 –это точка инверсии, нулевой эффект .

Изменение знака дроссель-эффекта называется инверсией.

Иллюстрацией служит график Рис. 11.2. справа , на примере азота ( ≈ 80 % содержания в воздухе).

В области жидкости –это верхняя кривая , в области газа – нижняя. Критическая точка инверсии зависит существенно от самого газа . Например , жидкий водород H₂ долго не могли получить не охладив его перед этим ниже – 57⁰С другими путями.

Но, у большинства газов температура инверсии высока (>600⁰C) и процессы идут с понижением температуры.

Так, водяной пар при Р₁=300 атм. , t₁ = 450 ⁰C и нормальном атмосферном давлении выхода Р₂ = 1атм. при дросселировании имеет температуру выхода t₂ = 180⁰C ( т. е температура падает на 270⁰С) .

8.Температура адиабатического торможения

Из адиабатического процесса течения , следуя первому закону термодинамики ,без учета трения и совершения технической работы q_1-2 = ( i₂ –i₁) + (w₂ ² -w₁² )/2 , а c_p = R ( k/(k-1) и скорость звука a = kRT , тогда температура при w₂≈0 (в лобовой точке)

Т_а.т. = Т (1 +( (к-1)/2))М² ) , …(8.1)

где М = w/a –число Маха ,отношение скорости течения w к скорости звука a в данных условиях.

Так , для воздуха (к-1)/2 ≈ 0,2 и при М ≈ 2-3 температура адиабатического торможения удвоится по сравнению с температурой окружающей среды и станет Т_а.т. ≈2Т. ( Вот почему нос реактивного самолета горячий , а бегуна – холодный ,но это и по другим причинам) .