Дросселирование газов и паров

Дросселирование – это эффект падения давления при преодолении потоком рабочего тела сопротивления, например: частично открытого вентиля, задвижки, шибера, пористой стенки (рис. 6.9).

Данный процесс является необратимым адиабатным (dq = 0, ds_H > 0), в котором полезная работа не совершается, а изменение кинетической энергии пренебрежимо мало.

Согласно уравнению первого закона термодинамики (6.2) при : h₁ = h₂, т. е. энтальпия рабочего тела в процессе дросселирования не изменяется.

Таким образом, при дросселировании рабочего тела:

· давление уменьшается (dp < 0);

· энтальпия не изменяется (dh = 0);

· энтропия увеличивается (ds > 0);

· удельный объем увеличивается (dv > 0).

При дросселировании идеального газа температура не изменяется
(dT = 0), т. к. h = f(T).

При дросселировании реальных газов и паров температура может увеличиваться, уменьшаться или не изменяться для одного и того же рабочего тела. Это зависит от параметров, при которых газ либо пар дросселируются.

Изменение температуры реальных газов и паров характеризуется дифференциальным эффектом дросселирования:.

При a_h > 0 – температура уменьшается (dT < 0).

При a_h < 0 – температура увеличивается (dT > 0).

При a_h = 0 – температура не изменяется (dT = 0).

Состояние рабочего тела, в котором a_h = 0, называется точкой инверсии, а соответствующая ей температура – температурой инверсии (T_инв). При атмосферном давлении для водорода – t_инв = -57 ^оС, гелия – t_инв = -239 ^оС, водяного пара – t_инв = 4097 ^оС. При температурах t < t_инв температура рабочего тела в процессе дросселирования уменьшается.

На рис. 6.10 показан процесс дросселирования перегретого пара в h-s-диаграмме, его температура уменьшается (t₂ < t₁).

Дросселирование является необратимым процессом, протекающим с увеличением энтропии и с потерей эксергии, которые можно рассчитать по формулам Ds_H = s₂ – s₁ и (6.35).

Адиабатное дросселирование используется в технике для получения низких температур и сжижения газов. В измерительной технике процессы дросселирования лежат в основе методов определения расхода жидкости или газа, степени сухости паров. Этот эффект иногда используется для уменьшения мощности тепловых двигателей.

На рис. 6.11 показан обратимый адиабатный процесс расширения рабочего пара от p₁ до p₂ в паровой турбине.

Работа данного процесса равна l = h₁ – h₂.

После дросселирования пара в задвижке до давления p_1д работа обратимого адиабатного процесса расширения уменьшилась , следовательно, уменьшилась мощность турбины.