Методические указания к проведению семинарских занятий Дисциплина модуль Образовательная программа
Определение параметров газа при дросселировании. Эффект Джоуля-Томсона
жүктеу/скачать 3,85 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Часть 1. Теоретические основы.
Определение параметров газа при дросселировании. Эффект Джоуля-ТомсонаЦелью данной работы является изучение явления охлаждения газа при дросселировании. Часть 1. Теоретические основы.Эффект Джоуля -Томсона заключается в изменении температуры реального газа в результате протекания его под действием постоянного перепада давления сквозь дроссель - местное препятствие потоку газа (капилляр, вентиль или пористую перегородку, расположенную в трубе на пути потока). Течение газа сквозь дроссель должно происходить без теплообмена с окружающей средой (адиабатически). В теплоизолированной трубе создается стационарный поток газа. Экспериментальный ресивер можно представить, как трубопровод большого диаметра, в котором установлена диафрагма с малым отверстием (дроссель). Размеры отверстия по отношению к размерам трубопровода таковы, что размерами трубопровода можно пренебречь, допуская скорость течения воздуха в нем близкой к нулю. Скорость течения газа в дросселях такого вида достаточно велика, характер течения чаще всего турбулентный, длина канала соизмерима с диаметром отверстия и теплообмен между газом и стенками практически отсутствует. Поэтому процесс течения в этом случае близок к адиабатному .
2
и на выходе из отверстия; Т1 ; Т2 – температура газа, соответственно, до сопротивления и на выходе из отверстия; 1 ; 2 – скорость течения газа, соответственно до сопротивления и на выходе из отверстия Рассмотрим сначала адиабатическое расширение реального газа без всякой перегородки от объема V1 до объема V2 , т.е. при условии, что dQ = 0. Работа газа при расширении равна 0, поскольку мы просто убираем перегородку и создаем отверстие. Следовательно, внутренняя энергия газа Ван дер Ваальса остается неизменной: a V E1 CV T1 1 E2 CVT2 a V 2 Откуда получаем следующее изменение температуры газа: a 1 1 T2 T1 T C V V V 2 1 Из предыдущего выражения видно, что температура уменьшается T 0 . Газ охлаждается за счет перераспределения его внутренней энергии между кинетической и потенциальной энергиями. Рассмотрим теперь протекание газа через дроссель под давлением. Тогда имеем работу внешних сил – работу компрессора над газом – равной: A1 p1V1 Работа также совершается самим газом при расширении газа за A2 p2 V2 Тепло извне не поступает, тогда вся работа газа определяется: A E1 E2 Процесс продавливания газа через дроссель малого сечения или пористую перегородку есть изоэнтальпийный процесс. W1 E1 p1V1 W2 E2 p2 V2 Интегральный эффект Джоуля-Томсона. Рассмотрим интегральный эффект Джоуля – Томсона в наиболее простом случае: а) когда в первой камере давление p1 велико, газ рассмотрим как газ Ван дер Ваальса, и б) во второй камере как идеальный. p2 мало, и там можно рассматривать газ Тогда давление в первой камере, следуя уравнению Ван дер Ваальса, равно: 1 p RT a 2 V V1 b 1 Умножив на объем, представим (4.3.7) в виде: pV RT RT b a V 1 1 1 1 1 1 b V Запишем внутреннюю энергию газа в первой камере: E1 a V CV T1 1 На выходе дросселя имеем соответственно (при V2 V1 ): E2 a V CVT2 2 CVT2 Тогда аналогичное выражение на выходе дросселя запишется в виде: pV RT RT b a V 2 2 2 2 2 21 b V Здесь мы опять воспользовались условием, что V2 V1 , что означает, что мы пренебрегаем неидеальностью газа во второй камере. Тогда из постоянства энтальпии Окончательно для разности температур газа в первой и второй камерах получаем: T T T 1 RT b 2a 2 1 C R 1 V b V V 1 1 Рисунок 2.2.2 Схема для выполнения лабораторной работы 2.2. жүктеу/скачать 3,85 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|