74800

Адиабатическое дросселирование. Эффект Джоуля-Томсона

Доклад

Физика

Подобный процесс но с реальным газом адиабатическое расширение реального газа с совершением внешними силами положительной работы осуществили английские физики Дж. После прохождения газа через пористую перегородку в правой части газ характеризуется параметрами...

Русский

2015-01-05

57.5 KB

8 чел.

40.Адиабатическое дросселирование. Эффект Джоуля-Томсона

Если идеальный газ адиабатически расширяется и совершает при этом работу, то он охлаждается, так как работа в данном случае совершается за счет его внутренней энергии. Подобный процесс, но с реальным газом — адиабатическое расширение реального газа с совершением внешними силами положительной работы—осуществили английские физики Дж. Джоуль (1818—1889) и У. Томсон (лорд Кельвин, 1824—1907).Рассмотрим эффект Джоуля — Томсона. На рис. 93 представлена схема их опыта. В теплоизолированной трубке с пористой перегородкой находятся два поршня, которые могут перемешаться без трения. Пусть сначала слева от перегородки газ под поршнем 1 находится под давлением р1, занимает объем V1 при температуре Т1, а справа газ отсутствует (поршень 2 придвинут к перегородке). После прохождения газа через пористую перегородку в правой части газ характеризуется параметрами р2, V2, T2. Давления p1 и p2 поддерживаются постоянными (p1>p2).Так как расширение газа происходит без теплообмена с окружающей средой (адиабатически), то на основании первого начала термодинамики --(64.1)

Внешняя работа, совершаемая газом, состоит из положительной работы при движении поршня 2 (А22V2) и отрицательной при движении поршня 1 (A1=p1V1), т. е. A=A2A1. Подставляя выражения для работ в формулу (64.1), получаем---(64.2)Таким образом, в опыте Джоуля — Томсона сохраняется (остается неизменной) величина U+pV. Она является функцией состояния и называется энтальпией.Ради простоты рассмотрим 1 моль газа. Подставляя в формулу (64.2) выражение (63.3) и рассчитанные из уравнения Ван-дер-Ваальса (61.2) значения p1V2 и р2V2 (символ «m» опять опускаем) и производя элементарные преобразования, получаем---(64.3)Из выражения (64.3) следует, что знак разности (T2—T1) зависит от того, какая из поправок Ван-дер-Ваальса играет бóльшую роль. Проанализируем данное выражение, сделав допущение, что p2<<p1 и V2>>V1:1)а  0 не учитываем силы притяжения между молекулами, а учитываем лишь размеры самих молекул. Тогдат. е. газ в данном случае нагревается;2)b  0 не учитываем размеров молекул, а учитываем лишь силы притяжения между молекулами. Тогдат. е. газ в данном случае охлаждается;3)учитываем обе поправки. Подставив в выражение (64.3) вычисленное из уравнения Ван-дер-Ваальса (61.2) значение р1, имеем---(64.4)т. е. знак разности температур зависит от значений начального объема V1 и начальной температуры Т1.Изменение температуры реального газа в результате его адиабатического расширения, или, как говорят, адиабатического дросселирования — медленного прохождения газа под действием перепада давления сквозь дроссель (например, пористую перегородку), называется эффектом Джоуля—Томсона. Эффект Джоуля — Томсона принято называть положительным, если газ в процессе дросселирования охлаждается (T<0), и отрицательным, если газ нагревается (T > 0).В зависимости от условий дросселирования для одного и того же газа эффект Джоуля — Томсона может быть как положительным, так и отрицательным. Температура, при которой (для данного давления) происходит изменение знака эффекта Джоуля — Томсона, называется температурой инверсии. Ее зависимость от объема получим, приравняв выражение (64.4) нулю:---(64.5)Кривая, определяемая уравнением (64.5), — кривая инверсии — приведена на рис. 94. Область выше этой кривой соответствует отрицательному эффекту Джоуля — Томсона, ниже — положительному. Отметим, что при больших перепадах давления на дросселе температура газа изменяется значительно. Так, при дросселировании от 20 да 0,1 МПа и начальной температуре 17° С воздух охлаждается на 35° С.Эффект Джоуля — Томсона обусловлен отклонением газа от идеальности. В самом деле, для моля идеального газа рVm=RТ, поэтому выражение (64.2) примет вид откуда следует, что Т1 = T2.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

68807. Оценка влияния температурного режима на предельно допустимую высоту и максимально допустимую скорость полёта по маршруту Сыктывкар - Мурманск 343.23 KB
  В курсовой работе требуется оценить значимость многолетнего режима температуры на высотах над участками воздушной трассы указанной в индивидуальном задании на курсовую работу для обеспечения безопасности и повышения экономичности полетов рассчитать возможные пределы изменения практического потолка...
68809. Реконструкция жилого дома 91 KB
  Квартиры в этих домах как правило имеют заниженные площади в том числе площади жилых комнат и подсобных помещений а также проходы через гостиную в кухню или в спальни. Модернизация жилого дома приведение к современным требованиям его объемно-планировочных решений и архитектурных качеств в результате...
68810. Проект аккумуляторного отделения на 386 автомобилей ПАЗ-672М 309.74 KB
  ТО – это комплекс операций или операция по поддержанию работоспособности или исправности автомобиля при использовании по назначению, при стоянке, хранении или транспортировании. ТО является профилактическим мероприятием и проводится принудительно в плановом порядке, через строго определенные...
68812. Разработка технологического процесса механической обработки детали типа «Вал» 353.34 KB
  В пояснительной записке изложен анализ данной детали её материала обоснование метода получения заготовки и последовательность механической обработки характеристика металлообрабатывающего оборудования. На основании сформулированной темы работы можно определить задачи которые необходимо рассмотреть...
68813. Проект шиномонтажного отделения на 536 автомобилей ВАЗ 2109 485.5 KB
  Выбранные нормативные значения периодичности ТО и пробега автомобилей до КР приводят к конкретным условиям эксплуатации подвижного состава с помощью коэффициентов учитывающих категорию условий эксплуатации К1 модификацию подвижного состава и организацию его работы К2 природно-климатические условия...
68814. Расчет редуктора для привода конвейера 2.22 MB
  Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых и червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи от вала двигателя к валу рабочей машины. Кинематическая схема привода может включать, помимо редуктора, открытые зубчатые передачи, цепные или ременные передачи.