5.3.Дроселювання.

Дроселюванням називається явище, при якому пара або газ переходить з високого тиску на низьке без здійснення зовнішньої роботи і без підведення або відводу теплоти.

Таке явище відбувається в трубопроводі, де має місце звуження прохідного каналу (Рис.5.2). При такому звуженні, внаслідок опорів, тиск за місцем звуження - Р₂, завжди менше тиску перед ним – Р₁.

Любий кран, вентиль, засувка, клапан та інші місцеві опори, що зменшують прохідний перетин трубопроводу, викликають дроселювання газу або пари, отже падіння тиску. У більшості випадків це явище приносить безумовну шкоду.

Але іноді воно є необхідним і створюється штучно (регулювання парових двигунів, у холодильних установках, у приладах для виміру витрати газу і т.д.).

При проходженні газу через отвір, кінетична енергія газу і його швидкість у вузькому перетині зростають, що супроводжується спадом температури і тиску.

Газ, протікаючи через отвір, починає рухатися. Частина його кінетичної енергії затрачається на утворення вихрів і перетворюється в теплоту. Крім того, у теплоту перетворюється і робота, витрачена на подолання опорів (тертя).

Уся ця теплота сприймається газом, у результаті чого температура його змінюється (зменшується або збільшується).

В отвір швидкість газу збільшується. За отвором газ знову тече по повному перетині і швидкість його знову знижується. А тиск збільшується, але до початкового значення воно не піднімається; деяка зміна швидкості відбудеться в зв'язку зі збільшенням питомого обсягу газу від зменшення тиску.

Дроселювання є необоротним процесом, при якому відбувається збільшення ентропії і зменшення працездатності робочого тіла.

Рівнянням процесу дроселювання є наступне рівняння:

i₁ = i₂ . (5.7)

Ця рівність показує, що энтальпія в результаті дроселювання не змінюється і справедливо тільки для перетинів, досить вилучених від звуження. Для ідеальних газів энтальпія газу є однозначною функцією температури.

Звідси випливає, що при дроселюванні ідеального газу його температура не змінюється (Т₁ = Т₂). При дроселюванні реальних газів энтальпія газу залишається постійної, ентропія й об’єм збільшуються, тиск падає, а температура змінюється (збільшується, зменшується або залишається незмінної).

Зміна температури рідин і реальних газів при дроселюванні називається ефектом Джоуля-Томсона.

Для ідеального газу ефект Джоуля-Томсона дорівнює нулеві.

Розрізняють диференціальний температурний ефект, коли тиск і температура змінюються на нескінченно малу величину, і інтегральний температурний ефект, при якому тиск і температура змінюються на скінчену величину.

Диференціальний температурний ефект позначається – :

 = (T/P)_I . (5.8)

Інтегральний температурний ефект визначається з наступного рівняння:

T = T₂ – T₁ =  [T·(/T)_p – ] / c_p d . (5.9)

Для реальних газів T0 і може мати позитивний або негативний знак. Стан газу, при якому температурний ефект змінює свій знак, називається крапкою інверсії, а температура, що відповідає цій крапці, називається температурою інверсії - Т_инв.

Т_инв = ·(Т/ )_p . (5.10)