Вопросы для самоконтроля

1. Покажите в P-V координатах работу на привод компрессора при изотермическом, адиабатном и политропном сжатии.

2. Можно ли в одноступенчатом поршневом компрессоре получить любое конечное давление и, если нельзя, то по каким причинам?

3. К чему приводит межступенчатое охлаждение газа при сжатии его в многоступенчатом компрессоре?

Тема: ДРОССЕЛИРОВАНИЕ ГАЗОВ И ПАРОВ

[8, с. 102-113]

1. Сущность процесса.

2. Изменение состояния газа и пара при дросселировании.

3. Эффект Джоуля-Томсона.

Экспериментально установлено, что если на пути движения газа или пара встречается резкое сужение поперечного сечения, то после прохождения этого сечения их давление уменьшается.

Процесс понижения давления рабочего тела при переходе через сужение называется дросселированием.

Дросселирование происходит необратимо без подвода или отвода тепла и без совершения полезной работы. Работа расширения расходуется на преодоление сил трения. В месте сужения происходит увеличение скорости и уменьшение давления, далее скорость уменьшается, а давление увеличивается, но до начального давления оно не поднимается. При этом часть кинетической энергии превращается в теплоту. Величина зависит от природы рабочего тела, его состояния, скорости движения и степени сужения канала.

Дросселирование газа при течении

в канале с диафрагмой

В сечениях I-I и II-II ω₁ = ω₂. На рассматриваемом участке газ не совершает полезной работы. В этих условиях 1-й закон ТД будет:

или т.к. ω₂= ω₁ , то i₂ = i₁, т.е. процесс изоэнтальпийный.

Опытами Джоуля-Томсона установлено, что при изменении давления газа на бесконечно малую величину ΔР происходит бесконечно малое изменение температуры: , где - называется дифференциальным дроссельным эффектом (эффект Джоуля-Томсона);

α – характеризует скорость изменения температуры при изменении давления.

Если Р при дросселировании изменяется мало, то:

dT = αdP, если значительно, то:

Т.к. для идеальных газов i₁ = i₂ , то в процессе дросселирования его температура не изменяется. При дросселировании реальных газов температура изменяется пропорционально изменению его давления:

α и в – поправки Ван-дер-Ваальса, зависящие от физических свойств газа;

С_р – изобарная теплоемкость;

Т₁ – начальная температура.

Т.к. при дросселировании давление падает (dP < 0) и Р₂ < P₁, а С_р всегда положительно, то знак dT будет зависеть от значения числителя .

Возможны три случая:

1. dT < 0;

2. dT > 0;

3. T = 0;

т.е. зависит от природы газа и начальной температуры при дросселировании его температура понижается, повышается или остается постоянной.

Изменение знака дроссель-эффекта называется инверсией.

В точке инверсии при начальной температуре называют температурой инверсии и определяют ее используя значения критических температур: V_кр = 3в; Т_инв. = 6,75 Т_кр.

Температуры инверсии газов, кроме водорода и гелия, велики и процессы дросселирования идут с понижением температуры – это используют для получения низких температур.

Для водяного пара t_инв. = 2525,48 ºС, в технике пар применяют с t ≤ 1000 ºС, значит в паровых установках при дросселировании пара температура всегда падает t₂ < t₁.