Лекции / Лекция 9
.pdf
Эффект Джоуля - Томсона
Точки, для которых на р,Т-диаграмме µh = 0, образуют непрерывную кривую - кривую инверсии.
p/p |
|
|
|
|
кр |
|
H2 |
h < 0 |
|
12 |
|
|
||
h < 0 |
|
|
газ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ван дер Ваальса |
|
8 |
|
|
|
|
|
h > 0 |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
2 |
|
|
0 |
|
|
T/Tкр |
|
|
|
|
|
|
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
Под инверсионной кривой h > 0, а над ней h < 0. Следовательно, дросселирование из состояний, находящихся под кривой инверсии, приводит к охлаждению, а из состояний над кривой приводит к нагреву потока.
21
Эффект Джоуля - Томсона
Правая ветвь инверсионной кривой пересекает ось абсцисс в точке Ti, max. Дросселирование при T > Ti, max всегда приводит к нагреву газа. Например, для углекислого газа и водорода температуры Ti, max соответственно равны 1500 и 204 К при 1 атм.
При давлении 1 атм. Тi для гелия равна -249,4 С,
для азота -57 С. Для охлаждения с помощью дросселирования требуется предварительное охлаждение другим методом.
22
Дросселирование влажного пара
Линия а-d – дросселирование в области влажного пара.
После дросселирования влажного пара высокого начального давления от точки (а) 10 МН/ м2, х = 0,96 до давлений, определяемых изобарами, лежащими слева от точки (с) х < 0,96, – пар увлажняется.
23
Дросселирование влажного пара
При низких начальных давлениях, начиная от точки (с), ~1 МН/м2,
х = 0,96, после дросселирования пар подсушивается. В точке (d) |
|
достигается состояние сухого насыщенного пара х = 1, а в |
|
результате последующего дросселирования до точки е - пар |
|
перегревается. |
24 |
6.11 Изоэнтропное охлаждение
Изоэнтропное охлаждение реализуется в устройствах (детандерах), в которых газ расширяясь в адиабатических условиях совершает работу, которая отводится от детандера.
Эффект изменения температуры при изоэнтропном расширении характеризуется коэффициентом
µs = (∂T/∂p)s . |
(52) |
µs = (∂T/∂p)s = –(∂T/∂s)p (∂s/∂p)T = T/cp(∂v/∂T)p= =T/cp·αpv > 0,
т.е. при изоэнтропном охлаждении газ охлаждается всегда.
25
6.11 Изоэнтропное охлаждение
µs – µh = T/cp(∂v/∂T)p – 1/cp[T(∂v/∂T)p – v] = v/cp >0. (53)
Таким образом, процесс адиабатного расширения с отдачей внешней работы (a-b) термодинамически более эффективен, чем процесс дросселирования (a-c) . Это видно из диаграммы: Тs > Тh
26
Детандер
Устройство для охлаждения газа путем его расширения с совершением (отдачей) внешней работы называется детандером.
Используется в установках для охлаждения и сжижения газов в криогенных рефрижераторах и ожижителях.
Наибольшее охлаждение в детандере может быть получено при исключении потерь в окружающую среду (в адиабатическом процессе).
27