Адиабатное дросселирование. 
Техническая термодинамика и теплопередача

Адиабатным дросселированием (или мятием) называется необратимый переход рабочего тела от высокого давления р к низкому давлению р> без теплообмена. Дросселирование, близкое к адиабатному, имеет место на практике при прохождении жидкости или газа через вентили, задвижки и измерительные диафрагмы (рис. 5.4).

Из уравнения энергии газового потока для адиабатного дросселирования (dq = 0) при условии dl_r = 0 после интегрирования получаем соотношение (5.5). Если сечения канала до (сечение 1—1) и после (сечение 2—2) расширения одинаковы, то Тогда и, следовательно, энтальпия газа в результате дросселирования не изменяется. Последнее уравнение является уравнением процесса дросселирования. Оно позволяет с помощью is-диаграммы по состоянию рабочего тела до дросселирования находить его состояние после дросселирования так, как это показано на рис. 5.5.

Рис. 5.4. Прохождение жидкости или газа через диафрагму.

Рис. 5.5. Процесс дросселирования в is-диаграмме.

Дроссельный эффект (эффект Джоуля-Томсона)

Дроссельный эффект был обнаружен Д. Джоулем и Д. Томсоном опытным путем в 1852 г. Опытами было установлено, что в результате дросселирования изменяется температура рабочего тела. Это явление было названо эффектом Джоуля — Томсона. Изменение температуры при дросселировании связано с тем, что в каждом реальном газе действуют силы притяжения и отталкивания между молекулами. При дросселировании происходит расширение газа, сопровождающееся увеличением расстояния между молекулами. Это приводит к уменьшению внутренней энергии рабочего тела, связанному с затратой работы, что, в свою очередь, приводит к изменению температуры.

Температура идеального газа в результате дросселирования не изменяется, и эффект Джоуля —Томсона в данном случае равен нулю. Таким образом, изменение температуры реального газа при дросселировании определяется величиной отклонения свойств реального газа от идеального, что связано с действием межмолекулярных сил.

Различают дифференциальный и интегральный температурные дроссель-эффекты. При дифференциальном эффекте Джоуля — Томсона температура изменяется на бесконечно малую величину, а при интегральном — на конечную величину. Если давление газа уменьшается на бесконечно малую величину dp, то происходит бесконечно малое изменение температуры, т. е. dTj = ajdp_h или

Величина а, называется дифференциальным температурным эффектом Джоуля —Томсона. Значение а, можно определить из уравнения [39].

Учитывая, что при дросселировании нет изменения энтальпии (di = 0), получим уравнение.

Отсюда Дроссельный эффект может быть положительным, отрицательным и равным нулю. Положительный дроссель-эффект имеет место в случае, когда при дросселировании температура газа понижается. Отрицательный — когда температура газа повышается. В случае неизменности температуры при дросселировании наблюдается нулевой эффект Джоуля —Томсона. Состояние реального газа при дросселировании, когда дроссельный эффект равен нулю, называется точкой инверсии. В этой точке происходит смена знака температурного эффекта. Если температура газа перед дросселированием меньше температуры инверсии, то газ при дросселировании охлаждается, если больше, то — нагревается.

Для нахождения условий, при которых происходит изменение температуры газа или она остается неизменной, необходимо проанализировать уравнение (5.19), записанное в виде.

).

При дросселировании dp < 0, так как давление газа всегда уменьшается. Теплоемкость с_р — величина положительная. Отсюда следует, что знак dTзависит от знака выражения (T (dv/dT)_p — v) и всегда ему противоположен. Тогда при T{dv/dT)_p — v > 0 dT < 0, при T (dv/dT)_p -v0, при T (dv/dT)_p -v = 0 dT = 0. Случай, когда dT = 0 можно использовать для нахождения температуры инверсии Г_ии:

Последнее выражение называется уравнением кривой инверсии (кривой, на которой дроссельный эффект равен нулю).

Интегральный эффект Джоуля—Томсона определяется в результате ин тегрирования уравнения (5.20).

Дроссельный эффект Джоуля —Томсона лежит в основе работы холо дильных установок (см. главу 10).