ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Понижение температуры газов при расширении из "Получение кислорода Издание 4" При расширении сжатого газа, как правило, понижается его температура. Расширение газа можно осуществлять двумя путями а) без отдачи внешней работ ы—дросселированием, т. е. пропусканием сжатого газа через отверстие вентиля б) с отдачей внешней работ ы—расширением газа в цилиндре поршневого двигателя (детандера) или в каналах направляющего аппарата и лопатках рабочего колеса турбины (турбодетандера). Рассмотрим эти процессы более подробно. [c.47] Понижение температуры газа при расширении без отдачи внешней работы. Приведенное выше уравнение Клапейрона pu=RT) справедливо только для идеальных газов, не сущест-вуюш,их в природе. Объем реальных газов, особенно в условиях высокого давления и низкой температуры, уменьшается при сжатии больше или меньше, чем это следует из уравнения Клапейрона. [c.48] Изменение давления или объема реального газа при изменении температуры, зная коэффициент сжимаемости, можно определить по уравнению Клапейрона для идеального газа, подставив вместо R произведение ZR. [c.48] На рис. 7 приведены кривые, по которым можно определить коэффициенты сжимаемости некоторых газов при разных абсолютных давлениях и температурах 0 25 и 50 °С. Если коэффициент сжимаемости при данной температуре и давлении меньше единицы, такой газ сжимается в большей степени, чем идеальный газ наоборот, если 2 1, газ сжимается в меньшей степени, чем это следует из уравнения Клапейрона pv=RT. Для идеального газа коэффициент сжимаемости 2=1. [c.48] Криптон и ксенон при высоких давлениях обладают сжимаемостью, значительно отличающейся от сжимаемости идеального газа это следует учитывать, определяя количество этих газов в баллоне при данном давлении и температуре. [c.48] Значения коэффициента сжимаемости криптона и ксенона приведены в табл. 6. [c.48] При дросселировании реальный газ совершает два вида работы—внешнюю и внутреннюю. Внешняя работа заключается в перемещении не- которого объема газа при том давлении, которое действует после дросселя, а внутренняя—в преодолении сил взаимного притяжения между частицами газа в процессе его расширения, поскольку у расширившегося газа частицы более удалены друг от друга, чем у сжатого. [c.49] Внутренняя работа, производимая газом при дросселировании, всегда положительна, т. е. вызывает охлаждение газа. [c.50] Общий эффект дросселирования для каждого реального газа определяется соотношением внешней и внутренней работы и зависит от условий дросселирования (начального давления и температуры газа), а также физической природы газа. [c.50] Внешняя работа для воздуха, кислорода, азота в областях давлений и температур, обычных при их дросселировании в установках глубокого холода, положительна и по своей абсолютной величине незначительна по сравнению с внутренней работой. Поэтому эти газы при дросселировании всегда охлаждаются. [c.50] Однако существуют условия, когда и эти газы при дросселировании могут не охлаждаться, а наоборот, нагреваться. Например, Фогель установил, что при начальной температуре -МО°С процессы дросселирования воздуха—сдавления свыше Ра=368 кгс см и кислорода—сдавления свыше Ра=311 кгс1см , сопровождаются нагреванием этих газов. В указанных условиях внешняя работа дросселирования этих газов становится отрицательной, а ее абсолютная величина возрастает. [c.50] Физическая природа водорода и гелия такова, что силы взаимного притяжения между их молекулами незначительны. Поэтому внутренняя работа дросселирования водорода и гелия, затрачиваемая на преодоление междумолекулярных сил сцепления, очень мала по сравнению с внешней работой. Кроме того, водород и гелий при компримировании (сжатии) сжимаются в меньшей степени, чем это следует из уравнения Клапейрона. Вследствие этих свойств внешняя работа, совершаемая водородом при дросселировании, отрицательна, т. е. газ нагревается и при начальной температуре выше —80 °С внешняя работа превышает внутреннюю. В этих условиях водород при дросселировании всегда нагревается. [c.50] Указанное соотношение между внутренней и внешней работой изменяется в обратную сторону при начальной температуре водорода ниже —80 °С. Силы взаимодействия между частицами водорода с понижением температуры возрастают, вследствие чего внутренняя работа увеличивается когда внутренняя работа становится больше внешней, водород с начальной температурой ниже —80 С при дросселировании начнет охлаждаться. Подобное явление происходит и с гелием, у которого предельная температура, ниже которой он при дросселировании охлаждается, еще более низкая и равна —234 °С (39,15 °К). [c.50] Дифференциальный эффект (а.)—отношение бесконечно малого изменения температуры дросселируемого газа к бесконечно малому уменьшению давления, вызывающему это изменение температуры. [c.51] Охлаждающий (называемый также изотермический) эффект дросселирования М-,) показывает количество холода в ккал на 1 кг воздуха, расширившегося в дросселе с начального до конечного давления. [c.51] Так как энтальпия газа в процессе дросселирования остается постоянной, то на диаграмме 5—Т этот процесс изображается линиями постоянных энтальпий ( =соп51). Уменьшение энтальпии газа всегда происходит до начала дросселирования, т. е. в процессе сжатия газа в компрессоре до величины давления перед дросселем. При этом затрачиваемая на сжатие механическая работа переходит в теплоту сжатия, которая отводится от газа водой в холодильнике компрессора. Расширившийся в дросселе газ вследствие этого имеет меньшую энтальпию и его температура после расширения будет ниже начальной на величину интегрального эффекта Джоуля—Томсона. [c.51] Следовательно, при дросселировании с более высоких началь ных давлений, чем указанные, воздух и кислород нагреваются Гаузеном установлено, что величина дифференциального эф фекта Джоуля—Томсона зависит от изменения температуры Опыты Гаузена показали также, что воздух в области низких температур и давлений имеет вторую точку инверсии. Поэтому величину дифференциального эффекта Джоуля—Томсона при расчетах находят по специальной диаграмме, построенной на основании данных Фогеля, Ноэлля и Гаузена (рис. 8). [c.52] Сплошные линии на диаграмме рис. 8 соответствуют кривым постоянного абсолютного давления (изобары). Кривая насыщения показана слева пунктиром с точкой. Верхняя ее часть от критической точки относится к сухому насыщенному пару, а нижняя—к жидкости. [c.52] Вертикальная линия, проходящая через критическую точку, является критической изотермой, соответствующей 132,6 К. Влево от нее и ниже нижней кривой насыщения воздух находится в жидком состоянии. В области давлений ниже критического эффект Джоуля—Томсона с понижением температуры увеличивается до линии насыщения. При давлениях выше критического этот эффект с понижением температуры сначала возрастает до максимума, а затем уменьшается, и тем более резко, чем ближе давление к критическому. [c.52] Поясним на примерах, как производить расчеты по диаграмме Т— (рис. 10). [c.54] Вернуться к основной статье