Основные процессы для получения низких температур в воздухосжижительных установках

2.1.1. Дросселирование

Дросселирование – это адиабатное расширение газа в условиях стационарного течения без совершения внешней работы и приращения скорости. Практически, это течение газа через какое-либо гидравлическое сопротивление – дроссельный вентиль, заслонку, жиклер, капилляр и т.п.

Поскольку не происходит энергообмена с окружающей средой, то процесс протекает при i1=i2=const.

В зависимости от природы газа и параметров проведения процесса температура газа может меняться по-разному:

— понижаться – 0, т.е. T2

— повышаться – ¶T 0, т.е. Т2Т1;

— оставаться неизменной – ¶Т=0, т.е. Т2=Т1.

Это явление носит название дроссель-эффекта Джоуля-Томсона в честь британских физиков, исследовавших это явление.

Различают дифференциальный, интегральный и изотермный дроссель-эффекты Джоуля-Томсона.

Дифференциальный дроссель-эффект aI, это отношение бесконечно малого изменения температуры газа к бесконечно малому изменению давления при i=const:

Основные процессы для получения низких температур в воздухосжижительных установках . (2.1)

Здесь ¶Р 0 – всегда, т.к. Р2 Р1. Тогда при понижении температуры, т.е. при Т2 Т1: ¶Т 0 и, следовательно, ai 0. Это положительный дроссель-эффект.

Интегральный дроссель-эффект DTi показывает суммарное изменение температуры при конечном перепаде давлений DРi (при i=const):

Основные процессы для получения низких температур в воздухосжижительных установках . (2.2)

Изотермный эффект дросселирования представляет собой разность теплосодержаний сжатого (до дросселирования) и расширенного газа при одной и той же температуре – DiT. Это очень важная величина в расчетах криогенных установок.

Между изотермным и интегральным эффектами Джоуля-Томсона существует зависимость:

, (2.3)

где ср – средняя изобарная теплоемкость воздуха в интервале изменения температур при дросселировании.

Один и тот же газ при различных начальных температурах может иметь различный дроссель-эффект. Рассмотрим это на примере воздуха (t, s-диаграмма на рис.2.1).

Основные процессы для получения низких температур в воздухосжижительных установках

48 Низкие температуры


Понравилась статья? Поделиться с друзьями: