Процесс дросселирования ид. и реал. Газов. Изменение параметров в процессе дросселирования ид. газов.




Дросселированием называется явление, при котором пар или газ переходит с высокого давления на низкое без совершения внешней работы и без подвода или отвода теплоты. Такое явление происходит в трубопроводе, где имеется место сужения проходного канала (Рис.5.2). При таком сужении, вследствие сопротивлений, давление за местом сужения - Р2, всегда меньше давления перед ним-Р1.

Дросселированием или мятием называется процесс, происходящий при течении потока пара или газа через местное сопротивление в трубопроводе, например при прохождении различных диафрагм. Рассмотрим этот процесс при отсутствии внешнего теплообмена, т.е. будем исследовать адиабатное дросселирование dq =0 (рис. 13.1).

 

Установлено, что давление р 2 после прохождения потока через местное сужение в канале оказывается меньше давления р 1 до сужения диафрагмы (р 2 1).

В технике процесс дросселирования возникает при прохождении потока пара или газа через вентили, задвижки и вообще при прохождении суженных сечений в канале. В этих случаях процесс дросселирования является вредным, ухудшающим состояние текущего газа или пара как рабочего тела в теплосиловых установках. В других же случаях процесс дросселирования осуществляется как необходимый рабочий процесс, преследующий определенные цели. Так, например, дросселирование в двигателях внутреннего сгорания, в паровых турбинах применяется как метод регулирования мощности этих двигателей. В холодильных машинах дросселирование применяется для охлаждения ТРТ.

При дросселировании скорость газа или пара в узком сечении отверстия увеличивается за счет внутренней энергии текущего газа, температура текущего газа в этом сечении уменьшается. Пройдя узкое сечение, газ, внезапно расширяясь, приходит в вихревое движение, причем для образования вихрей затрачивается часть энергии истечения, которая затем за счет диссипации энергии вихрей опять почти полностью превращается в тепло. Все это тепло идет на повышение температуры газа после дросселя (после сужения потока) почти до первоначального значения Т 1. Таким образом, после прохождения газом узкого сечения температура этого газа или пара нередко возвращается почти к первоначальному значению.

Для процесса дросселирования идеального газа это утверждение является абсолютно строгим и при дросселировании идеального газа Т 1 2. Для реальных же газов и паров это утверждение является приближенным и в общем случае при дросселировании Т 1Т 2. Это соотношение температур Т 1 и Т 2 при дросселировании реальных газов рассмотрим более подробно несколько ниже, а вначале применим уравнение первого закона термодинамики к случаю адиабатного процесса дросселирования. В общем случае при адиабатном течении газа в канале уравнение первого закона термодинамики имеет вид, выражение которого было получено при анализе процессов течения и истечения газов в каналах (12.7):

обычно изменение кинетической энергии − потока при дросселировании весьма невелико по сравнению с абсолютными значениями энтальпии h 1 и h 2 и составляет лишь доли процента от абсолютных значений h. Например, если энтальпия водяного пара равна h 1=3079 кДж/кг, то изменение энтальпии при дросселировании равно лишь

h 1 –h 2=1,9 кДж/кг.

Поэтому с достаточной для практики точностью в процессе дросселирования можно пренебречь изменением кинетической энергии потока и считать, что , т.е. получаем W 1= W 2. При этом условии основное уравнение первого закона термодинамики для процесса дросселирования примет вид


h 1 –h 2=0 или h 1 =h 2, то есть h =const. (13.1)

 

Следовательно, с достаточной степенью точности можно полагать, что в процессе дросселирования энтальпия газа h остается величиной постоянной и оба состояния газа до дросселирования и после дросселирования в hs - диаграмме расположатся на горизонтальной прямой).

Однако линию 1-2 нельзя рассматривать как какой-то определенный термодинамический процесс с h=const. При дросселировании промежуточные точки не соответствуют промежуточным состояниям газа из-за имеющихся реальных необратимых явлений трения, завихрения и пр. Поэтому сама линия 1-2 уже не будет отвечать термодинамическому процессу с h=const. Только условно дросселирование можно называть изоэнтальпийным процессом. На самом деле никакого термодинамически обратимого процесса с h=const при дросселировании не существует и линию 1-2 следует рассматривать лишь как графический прием для нахождения конечного состояния при дросселировании.

Поскольку дросселирование из-за действия сил трения представляет собой необратимый термодинамический процесс (при отсутствии внешнего теплообмена необратимый адиабатный процесс), энтропия газа в результате дросселирования должна увеличиваться (s 2> s 1). Чтобы найти изменение энтропии газа при дросселировании, воспользуемся соотношениями первого и второго законов термодинамики. Пусть в результате дросселирования газ переходит из состояния 1, характеризуемого значениями давления р 1 и энтальпии h 1, в состояние 2 с давлением р 2 и энтальпией h 2 =h 1=const.

Вообразим некоторый термодинамический обратимый переход из состояния 1 в состояние 2, при котором энтальпия газа не меняется (что всегда может быть выполнено за счет соответствующего подвода тепла к газу извне).

Для такого обратимого перехода мы можем написать уравнения I и II законов термодинамики, а именно:


dq=dh-vdp, (13.2)

так как

dq=Tds, (13.3)

то получим

Tds=dh-vdp. (13.4)

Так как энтропия есть функция состояния, то изменение ее не зависит от пути, по которому идет процесс (обратимый или действительный необратимый), а определяется лишь конечными и начальными параметрами состояния. Начальные и конечные параметры газа в обоих процессах (в обратимом и действительном) те же самые, поэтому последнее уравнение (13.4) определяет изменение энтропии и в действительном процессе дросселирования.

Таким образом, в применении к процессу дросселирования (h =const, dh =0) последнее уравнение примет следующий вид:

Tds=-vdp (13.5)

или

ds = - (v/T)dp (13.6)

Так как энтропия потока газа или пара при дросселировании может только возрастать (ds >0), то, следовательно, у dp должен быть свой собственный знак «минус» (dp <0). Отсюда видно, что давление при дросселировании может только уменьшаться (р 2 1).

Из последнего уравнения следует, что энтропия при дросселировании возрастает тем сильнее, чем больше перепад давлений dpp) и чем меньше температура дросселируемого газа Т.

Падение давления (Δ p=р 2 1) при дросселировании зависит от ряда причин:

а) от природы и состояния текущего газа;

б) от скорости его движения W;

в) от относительной величины сужения сечения канала, а также от ряда других факторов.

Поскольку давление при дросселировании всегда уменьшается, то его удельный объем υ всегда при этом увеличивается, т.е.

Δ υ= (υ 2 1) > 0,

υ 2 1.

Поскольку при дросселировании dp <0, а >0, то, следовательно, p = f (υ) при дросселировании (h =const) представляет собой убывающую функцию и ее производная всегда отрицательна:




Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-04-14 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: