Термодинамическое описание процесса адиабатического дросселирования

Лекция 10

Дросселированием называется процесс прокачивания газа или пара через гидравлическое сопротивление. В качестве гидравлического сопротивления может рассматриваться любое резкое сужение канала (кран, вентиль, шайба и т.д.) либо длинная капиллярная трубка, используемая, в частности, в домашних холодильниках. Гидравлические сопротивления, специально предназначенные для осуществления процесса дросселирования, называются дроссельными устройствами или просто дросселями. Дроссельные устройства используются в редукторах для уменьшения давления газа, вытекающего из баллона, для регулирования мощности паровых турбин, для охлаждения холодильного агента в холодильниках.

Принципиальная схема дроссельного устройства с адиабатической изоляцией показана на рис.7.7. Здесь же показано наиболее часто используемое условное обозначение дроссельного устройства на схемах.

Термодинамическое описание процесса адиабатического дросселирования

Поскольку при дросселировании давление газа (пара) снижается на конечную величину от до без совершения полезной работы, то этот процесс является существенно необратимым и потому не может быть подробно рассчитан методами равновесной термодинамики. Тем не менее классическая термодинамика позволяет связать параметры дросселируемой среды вдали от гидравлического сопротивления до и после него, т.е. там, где среду можно считать равновесной и эти параметры имеют для неё смысл. Первый закон термодинамики для потока (7.8) при отсутствии теплообмена и технической работы в применении к сечениям (1) и (2) на рис.7.7 даёт

(7.39)

При дросселировании практически вся энергия потока затрачивается на преодоление сопротивления, скорость же потока изменяется сравнительно мало, т.е. можно с достаточной степенью точности считать . Тогда получаем для процесса адиабатического дросселирования

. (7.40)

Это равенство удельных энтальпий потока до и после дроссельного устройства нельзя рассматривать как процесс с постоянной энтальпией при дросселировании, так как утверждение (7.40) относится только к сечениям потока вдали от дроссельного устройства, о поведении же энтальпии и других параметров в самом дроссельном устройстве классическая термодинамика сказать ничего не может, так как промежуточные состояния потока неравновесны.

Целью термодинамического исследования процесса дросселирования является вычисление так называемого дроссель-эффекта, или эффекта Джоуля – Томсона, под которым понимается отношение изменения температуры при дросселировании к изменению давления. При этом различают