Термодинамика процессов дросселирования (уравнение процесса, представление процесса на P-V и T-S диаграммах). Практическое применение дросселирования в системах ТГСВ.
Дросселирование газа
Дросселированием, или мятием, называют необратимый процесс, в котором давление при прохождении газа через суживающееся отверстие уменьшается без совершения внешней работы.
Всякое сопротивление в трубопроводе (вентили, задвижка, шайба, кран, клапан и др.) вызывает дросселирование газа и, следовательно, падение давления. Величина падения давления зависит от природы рабочего тела, его состояния, величины сужения газопровода и скорости движения газа.
В большинстве случаев дросселирование, сопровождающееся уменьшением работоспособности тела, приносит безусловный вред. Но иногда оно является необходимым и создается искусственно, например, при регули ровании паровых двигателей, в холодильных установках, в приборах, замеряющих расход газа и т. д. При прохождении газа через отверстие, представляющее известное сопротивление, кинетическая энергия газа и его скорость в узком сечении возрастают, что сопровождается падением температуры и давления (рис. 14-1).
Газ, протекая через отверстие, приходит в вихревое движение. Часть его кинетической энергии затрачивается на образование этих вихрей и превращается в теплоту. Кроме того, в теплоту превращается и работа, затраченная на преодоление сопротивлений (трение). Вся эта теплота воспринимается газом, в результате чего температура его изменяется и может как уменьшаться, так и увеличиваться.
|
|
|
В отверстие скорость газа увеличивается. За отверстием, когда газ опять течет по полному сечению, скорость его вновь понижается, а давление увеличивается, но до начального значения оно не поднимается; некоторое изменение скорости произойдет в связи с увеличением удельного объема газа от уменьшения давления.
Дросселирование, как указывалось, является необратимым процессом, при котором всегда происходит увеличение энтропии и уменьшение работоспособности рабочего тела.
Уравнение процесса дросселирования
Пусть на участке трубопровода имеется суженное отверстие (см. рис. 14-1). Сечения I — I u II — II в трубопроводе закрыты невесомыми поршнями, которые могут перемещаться без трения. На поршень I площадью F1 действует давление p1 а на поршень II площадью f2 действует давление р2, причем р1>р2- Трубопровод не имеет теплообмена с внешней средой.
При перемещении 1 кг газа через отверстие поршень I переместится в положение I', а поршень II — в положение II', при этом поршень I совершит путь s1 а поршень II — путь s2. Для перемещения 1 кг газа необходимо затратить работу p1s1F1 или р1v1. Часть этой работы p2F2s2 или p2v2 будет израсходована на преодоление давления р2, а разность работ p1v1 — p2v2 вызовет изменение энергии рабочего тела.
|
|
|
Если начальная скорость газа wi и внутренняя энергия и1, конечная скорость w2 и внутренняя энергия u2. то будем иметь
При условии, что скорости Wi и w2 мало отличаются друг от друга, изменением внешней кинетической энергии можно пренебрегать и считать 
отсюда
или
(14-1)
Полученное равенство (14-1) показывает, что энтальпия в результате процесса дросселирования не изменяется. Этот вывод к промежуточным состояниям газа неприменим. В сечениях у отверстия энтальпия не остается постоянной величиной, т. е. процесс дросселирования нельзя отождествлять с изоэнтальпическим процессом. Равенство (14-1) справедливо только для сечений, достаточно удаленных от сужения.
Выше указывалось, что энтальпия идеального газа является однозначной функцией температуры. Отсюда следует, что в результате дросселирования идеального газа температура его не изменяется (Т1 = T2).
В результате процесса дросселирования реального газа энтальпия для начальных и конечных значений остается одинаковой, энтропия и объем увеличиваются, давление падает, а температура может увеличиваться, уменьшаться или же, в частном случае, остаться без изменения.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 1694; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!