Материал: Теоретические основы теплотехники 1

что приводит к увеличению значения энтальпии пара на выходе из сопла в действительном процессе истечения по сравнению с обратимым адиабатным процессом

и снижению действительной скорости истечения по сравнению с теоретиче-

ской

Таким образом, работа необратимых потерь, обусловленная трением и завихрениями в реальном процессе истечения, обуславливает отклонение ре-

ального процесса истечения от обратимого адиабатного процесса в сторону возрастания энтропии (рис. 24).

Разность энтальпий в реальном процессе истечения ( hi h0 h2д )

называется действительным теплоперепадом.

Степень совершенства действительного процесса истечения пара ха-

рактеризуется внутренним КПД сопла ( 0i )

Внутренний КПД сопла ( 0i ) используется для определения действи-

тельной скорости истечения паров на выходе из сопла

107

Дросселирование. Эффект Джоуля-Томсона

Эффект падения давления потока рабочего тела в процессе преодоле-

ния им (потоком) местного сопротивления называется дросселированием.

Причинами возникновения местных сопротивлений при движении по-

тока рабочего тела по каналам могут быть запорные, регулирующие и изме-

рительные устройства; повороты, сужение, загрязнение каналов и т.д.

В процессе дросселирования изменение скорости газа или пара очень мало и можно принять скорость потока в сечении (I-I), расположенном до местного сопротивления, равной скорости потока в сечении (II-II) после местного сопротивления (рис. 25).

Рассмотрим процесс дросселирования, протекающий без внешней

работы (W * = 0), в котором отсутствует теплообмен рабочего тела с внеш- 1,2

ней средой ( Q* = 0). 1,2

Падение давления за местным сопротивлением (рис. 25) обусловлено диссипацией (потерей) энергии потока, расходуемой на преодоление этого

сопротивления, то есть на работу необратимых потерь (W ** ). 1,2

Рис. 25. Схема процесса дросселирования газа или пара при преодолении потоком местного сопротивления

108

Работа на преодоление сил трения, как известно, превращается в тепло-

ту внутреннего теплообмена Q** . 1,2

С учетом перечисленных условий рассматриваемого процесса дроссе-

лирования, уравнение первого начала термодинамики для потока по балансу рабочего тела

примет вид

Это значит, что рассматриваемый процесс дросселирования является процессом изоэнтальпийным: энтальпия рабочего тела до дросселя численно равна энтальпии рабочего тела после дросселя. При течении внутри дросселя энтальпия газа или пара меняется.

Если рассматривать в качестве местного сопротивления сужение кана-

ла, в суженном сечении поток ускоряется, кинетическая энергия увеличива-

ется и энтальпия рабочего тела уменьшается (процесс 1 - 2') (рис. 26). После дросселя сечение потока вновь возрастает, поток тормозится, кинетическая энергия уменьшается, а энтальпия увеличивается до прежнего значения

(процесс 2' - 2).

Процесс дросселирования является процессом необратимым; он всегда сопровождается ростом энтропии рабочего тела.

Явление изменения температуры газа или жидкости при адиабатном дросселировании называется эффектом Джоуля – Томсона.

109

Рис. 26. Процесс дросселирования в h-s диаграмме

Различают дифференциальный и интегральный дроссель – эффекты.

Величина дифференциального дроссель – эффекта определяется из соотно-

шения

Коэффициент Джоуля – Томсона определяется из следующего уравне-

ния, выведенного из математических выражений первого начала термодина-

мики и второго начала термостатики

Знак дифференциального дроссель–эффекта (коэффициента Джоуля – Томсона) определяется из анализа уравнения (293). В зависимости от харак-

тера изменения температуры T, имеют место три вида дроссель–эффекта

(процесс дросселирования всегда происходит с падением давления dp<0):

1. Дроссель–эффект положительный (Dh > 0), в этом случае процесс дросселирования сопровождается снижением температуры рабочего тела (dT<0);

2. Дроссель–эффект отрицательный (Dh < 0), в этом случае процесс дросселирования сопровождается повышением температуры рабочего тела

(dT>0);

3. Дроссель–эффект равен нулю (Dh = 0), если в процессе дросселиро-

вания температура рабочего тела не изменяется. Нулевой дроссель-эффект наблюдается при дросселировании идеального газа.

Как показывает опыт, для одного и того же вещества в зависимости от значений параметров состояния коэффициент Джоуля – Томсона Dh может иметь положительные, отрицательные значения, а также быть равным нулю.

Состояние газа или жидкости, которому соответствует условие Dh = 0,

называется точкой инверсий. Геометрическое место точек инверсии на диа-

грамме состояния данного вещества называется кривой инверсии.

Кривая инверсии описывается уравнением

Для каждого вещества в диаграмме р - v имеется своя кривая инверсии.

Закон соответственных состояний позволяет построить обобщенные кривые