Расширение газа без совершения внешней работы

Эффективной установкой получения холода является турбодетандерный агрегат [13]. Ох.лаждение газа в ТДА достигается организацией процесса расширения газа, протекающего через ТДА, с совершением внешней работы. В результате происходит снижение давления и температуры газа. На рис. 2.20 схематично показано меридиональное сечение проточной части турбодетандера. В ступени турбодетандера элементами, в которых преобразуется энергия газа, являются неподвижный сопловый аппарат / с сопловыми лопатками 2 и вращающееся колесо 4 с рабочими лопатками 3- Развертка на плоскости цилиндрического сечения лопаточных аппаратов турбодетандера показана на рис. 2.21. Там же отмечены характерные скорости газа и силы, возникающие в результате взаимодействия газа с рабочими лопатками колеса. Вращающаяся часть турбодетандера, состоящая из колеса с лопатками и вала с подшипниками, называется ротором, а неподвижная часть — корпус, сопловый аппарат и другие детали — статором. Принцип действия турбодетандера состоит в следующем. Газ со скоростью Vo поступает в межлопаточные каналы соплового аппарата и расширяет- [c.40]

Дросселирование. Сущность дросселирования заключается в расширении газа до более низкого давления без совершения внешней работы и без обмена теплотой с окружающей средой, что вызывает изменение температуры газа. Мерой снижения температуры газа при дросселировании является дифференциальный дроссельный эффект — коэффициент Джоуля — [c.56]

При дросселировании же любого реального газа производится внутренняя работа по преодолению сил межмолекулярного взаимодействия, и поэтому внутренняя энергия газа изменяется, вызывая соответствующее изменение температуры. Это изменение температуры реального газа при адиабатическом расширении без совершения внешней работы называется дроссельным эффектом или эффектом Джоуля—Томсона. [c.475]

Таким образом, в изотермическом процессе расширения газа внутренняя энергия системы, преобразованная в работу против внешнего давления, восполняется за счет притока теплоты, В рассмотренном здесь случае обратимого проведения процесса совершенная работа идентична максимальной полезной работе, которая, как показано ниже, равна изменению функции состояния. Минимальная обратимая работа сжатия, необходимая для перевода системы в исходное состояние, равна RT n v2 V]). При необратимом проведении процесса (потери на трение, Др>0) часть полезной работы теряется, переходя в теплоту. В предельном случае расширения газа в вакуум работа не совершается, однако для возвращения в исходное состояние необходима работа по крайней мере не меньшая, чем соответствующая уравнению (200). [c.221]

У идеального газа при адиабатическом расширении без совершения внешней работы температура изменяться не должна, но у реального газа при его расширении преодолевается взаимное притяжение соседних молекул, возникающее вследствие действия межмолекулярных сил. На это затрачивается внутренняя энергия газа, и в результате происходит охлаждение это эффект Джоуля — Томсона. Так как отклонение газов от идеального состояния тем значительнее, чем больше давление и ниже температура, то и охлаждение тем сильнее, чем больше разность давлений (до и после расширения) и ниже температура. Однако снижение температуры относительно невелико (0,1—0,3°С на каждую атмосферу снижаемого давления). Значительно бЬль-шее охлаждение достигается при расширении с совершением внешней работы в специальных машинах-детандерах. Охлаждение происходит почти исключительно за счет совершения работы и лишь в небольшой степени за счет дросселирования. В массивных поршневых детандерах, работающих подобно паровым машинам, вследствие их низкого коэффициента полезного действия приходится сжимать воздух до давления 2-10 н/м . В 1938 г. академик П. Л. Капица разработал конструкцию компактного турбодетандера, который работает по принципу реактивной паровой турбины с высокой производительностью и с к. п. д. до 0,83, что позволило снизить начальное давление ежа- [c.217]

В то время как при адиабатическом расширении любого газа, происходящем с совершением внешней работы, его температура сильно меняется, температура идеального газа при расширении без совершения внешней работы остается постоянной в течение всего процесса. Однако опыт показывает, что при адиабатическом расширении без совершения внешней работы температура реальных газов хотя и незначительна, но снижается снижение его происходит за счет работы внутримолекулярных, так называемых ван-дер-ваальсовых, сил. Это явление носит название холодильного эффекта, для подсчета которого существует ряд эмпирических формул [c.74]

Итак, принцип действия турбодетандера заключается в осуществлении процесса расширения газа с совершением внешней работы путем полного или частичного преобразования энергии сжатого газа в кинетическую энергию в направляющем (сопловом) аппарате и последующего преобразования энергии газа в механическую работу во вращающемся рабочем колесе. Этот процесс сопровождается понижением энтальпии газа, т.е. получением холода и передачей внешнему потребителю механической энергии. [c.129]

Использование расширительной машины (детандера). Включение в цикл процесса изоэнтропийного расширения с совершением внешней работы, как следует из анализа обращенного цикла Карно, является наиболее правильным направлением при решении поставленной задачи. При этом процессе происходит понижение температуры расширяющегося газа и он, очевидно, может быть использован как хладоагент для отвода тепла. Уменьшение энтальпии газа, получающееся при адиабатном расширении и определяющее, согласно сказанному выше, количество созданного холода, равно совершаемой газом работе (при Ша = ау ) [см. уравнение (18)]. Температурный уровень полученного холода определяется теми температурами, между которыми происходит последующий нагрев хладоагента и повышение его энтальпии по замыкающей цикл изобаре конечного давления расширения. [c.29]

В зависимости от уровня температуры и применяемых хладагентов различают естественное и искусственное охлаждение. При естественном охлаждении достигаемая температура определяется температурой окружающей среды — воды, воздуха, льда. В зависимости от времени года температура речной воды изменяется от 4 до 25 °С, артезианской — от 8 до 15 °С температура оборотной воды примерно равна 30 °С. Воздух имеет большую, чем вода, разницу сезонных температур. Оборотную воду охлаждают в градирнях воздухом. Отходящие продукты на нефтеперерабатывающих заводах охлаждают водой и воздухом в поверхностных теплообменных аппаратах. Искусственное охлаждение осуществляют в основном двумя способами посредством отвода тепла испаряющимися низкокипящими жидкостями — хладагентами (до 393 °С) и понижения температуры вследствие расширения предварительно сжатых газов (ниже 393 °С) путем простого дросселирования или расширения с совершением внешней работы в турбодетандерном агрегате. В качестве испаряющихся хладагентов применяют сжиженные газы аммиак, пропан, этан. В технологических установках, где применяют искусственное охлаждение, холод отходящих продуктов регенерируют, используя их как хладагенты для начального охлаждения поступающего сырья. [c.120]

Идеальный газ при расширении без совершения внешней работы сохраняет температуру постоянной, однако реальные газы отклоняются от этой закономерности, чем и пользуются для целей глубокого охлаждения. При обычных температурах и не очень высоких давлениях газы, за исключением водорода и гелия, охлаждаются при дросселировании (положительный эффект Джоуля-Томсона). [c.36]

Опытное определение тепловых эффектов. Для определения тепловых эффектов, сопровождающих химические реакции, применяются специальные приборы, называемые калориметрами. Калориметрическое определение ведется так, чтобы вся химическая энергия выделялась в виде теплоты или частично затрачивалась на совершение внешней работы расширения газа, которая может быть учтена. Простейший калориметр может быть собран по схеме, показанной на рнс. 69. Химическая реакция ведется в сосуде Дьюара I. Он представляет собой стеклянный сосуд с посеребренными изнутри двойными стенками, из пространства между которыми выкачан воздух, вследствие чего стенки сосуда почти не проводят теплоты. Для более равномерного теплообмена с окружающей средой сосуд все же помещают обычно в большой термостат 2, наполненный водой . Во время опыта температура термостата поддерживается постоянной. Сосуд покрыт медной крышкой 3 с тремя отверстиями для термометра 4, мешалки 5 и для пробирки 6. [c.193]

Так как эффект Джоуля—Томсона, т.е. явление, заключающееся в том, что газ при расширении без совершения внешней работы (т. е. при распространении его в пустоту) охлаждается, наблюдается для водорода только примерно ниже —80°, то это обстоятельство сначала создавало затруднения для его сжижения. Последнее впервые удалось осуществить в 1898 г. Дьюару, который выпускал через узкое отверстие в вакуум сильно сжатый и предварительно охлажденный жидким воздухом до —205° водород. Жидкий водород представляет собой очень легкую, бесцветную, непроводящую электрического тока жидкость, застывающую при кипении под уменьшенным давлением за счет теплоты испарения в твердую массу с удельным весом 0,08. [c.60]

Был описан [73] метод закалки с использованием эффекта адиабатического расширения с совершением внешней работы пирогаза. Охлаждение в результате адиабатического расширения происходит во всем объеме расширяющегося газа одновременно и не лимитируется теплопередачей, как во всех других случаях охлаждения. Такое расширение и охлаждение можно осуществить в расширительной машине турбинного типа в отрезки времени порядка 10 — 10 сек. [c.88]

Второй способ получения холода основан на явлении охлаждения газа при его расширении с совершением внешней работы. Практически расширение газа осуществляется в расширительной машине — детандере, представляющем собой двигатель, работающий на сжатом газе. [c.364]

Сжижение воздуха при расширении без совершения внешней работы. Данные табл. 19 показывают, что понижение температуры при дросселировании невелико даже при большой разности давлений. Поэтому однократным дросселированием, несмотря на весьма высокие начальные давления, нельзя понизить температуру газа настолько, чтобы его можно было превратить в жидкость. Однако путем многократного дросселирования удается достигнуть весьма низких температур, применяя так называемый регенеративный принцип. Сущность этого принципа состоит в непрерывном использовании холода, получаемого при дросселировании, для охлаждения новых порций воздуха. Сжатый воздух, идущий к дроссельному вентилю, охлаждают в противоточном теплообменнике за счет хо- [c.204]

Явление охлаждения газов при расширении без совершения внешней работы и без теплообмена с окружающей средой (эффект Джоуля-Томсона) используется для получения низких температур в большинстве аппаратов для разделения воздуха и коксового газа. [c.171]

Сжижение газов за счет их расширения без совершения внешней работы [c.172]

К компрессорам относятся также детандеры — поршневые или турбинные машины для охлаждения газа в результате его расширения с совершением внешней работы. Они используются главным образом в установках для сжижения и разделения газов. [c.21]

Включение в цикл процесса изоэнтропийного расширения с совершением внешней работы, как следует из анализа обращенного цикла Карно, является наиболее правильным направлением при решении поставленной задачи. При этом процессе происходит понижение температуры расширяющегося газа и он, очевидно, может быть использован как хладо-агент для отвода тепла. Уменьшение энтальпии газа, получающееся при [c.31]

Расширение газа без совершения внешней работы (дросселирование) [c.526]

Если при постоянной температуре Т сжать реальный газ от начального давления Рн ДО давления Рк. а затем снизить его давление до первоначального Рц путем расширения (дросселирования) через устройство, создающее сопротивление (вентиль, диафрагма), без совершения внешней работы и теплообмена с окружающей средой, то конечная температура газа Г понизится вследствие затраты внутренней энергии его на преодоление сил межмолекулярного взаимодействия. Очевидно, что расширение идеального газа в этих условиях будет происходить без изменения внутренней энергии и его температура при расширении останется постоянной. [c.230]

Как известно, дроссельный эффект состоит в том, что при расширении сжатых газов до более низкого давления без совершения внешней работы и без обмена теплом с окружающей средой их температура изменяется. Различают дифференциальный и интегральный дроссельные эффекты. [c.417]

Охлаждение путем политропического расширения газа (с совершением внешней работы) [c.55]

Дроссельный эфф е КТ заключается в том, что при расширении сжатых газов до более низкого давления без совершения внешней работы и без обмена теплом с окружающей средой их температура изменяется [c.737]

У идеального газа при адиабатическом расширении без совершения внешней работы температура изменяться не должна, но у реального газа при его расширении преодолевается взаимное притяжение соседних молекул, возникающее вследствие действия меж-молекулярных сил. На это затрачивается внутренняя энергия газа, и в результате происходит охлаждение это эффект Джоуля — Томсона. Так как отклонение газов от идеального состояния тем значительнее, чем больше давление и ниже температура, то и охлаждение тем сильнее, чем больше разность давлений (до и после расширения) и ниже температура. Однако снижение температуры относительно невелико (0,1—0,3° С на каждую атмосферу снижаемого давления). Значительно большее охлаждение достигается при расширении с совершением внешней работы в специальных машинах-детандерах. Охлаждение происходит почти исключительно за счет совершения работы и лишь в небольшой степени за счет дросселирования. В массивных поршневых детандерах, работаюпигх подобно паровым машинам, вследствие их низкого коэффициента полезного действия приходилось сжимать воздух до давления 200 ат. [c.244]

Так как эффект Джоуля — Томсона, т. е. явление, заключаюш,ееся в том, что газ при расширении без совершения внешней работы (т. е. при распространении его в пустоту) охлаждается, наблюдается для водорода только примерно ниже —80°, то это обстоятельство сначала создавало затруднения дл его сжижения. Последнее впервые удалось осугцествить в 1898 г. Дьюару, который выпускал через узкое отверстие в вакуум сильно сжатый и предварительно охлажденный жидким воздухом до —205° водород. Жидкий водород представляет собой очень легкую, бесцветную, непроводяш,ую электрического тока жидкость, застывающую при кипении под уменьшенным давлением за счет теплоты испарения в твердую массу с удельным весом 0,08. Важнейшие физические константы водорода сопоставлены в табл. 7. Вследствие небольшого молекулярного веса в соответствии с законом Грэма и Бунзена (см. т. II) водород обладает наибольшими из всех газов эффузионной и диффузионной способностями. [c.56]

Вариантом машины, работающей на основе процесса расширения с совершением внешней работы, служит микрокриоген-ное устройство, предложенное в 1959 г. Гиффордом и Мак-Магоном [214, 299, 451]. На рис. 3.23 приведены схема такой машины и изображение процесса в диаграмме Т, в. Сжатый до давления р2 газ из компрессора 1 через клапан 3 заполняет регенератор 4. Затем вследствие перемещения вверх поршня 6 в цилиндре 5 детандера газ проходит через регенератор, охлаждается в нем (процесс 2-3) и заполняет пространство под поршнем. После закрытия клапана 3 газ расширяется в де- [c.66]

Имеющийся перепад давления используется непосредственно в холодильном цикле с дросселированием или расширением с совершением внешней работы, например в циклах Клода — Гейляндта Полученная при расширении работа либо отводится в виде электроэнергии, либо используется непосредственно в цикле для сжатия газа. Перепад давления используется в силовом цикле на высоком температурном уровне полученная при расширении работа используется во внешних холодильных циклах, например в каскадном. [c.46]

Если расщирение газа протекает по законам адиабаты или политропы, то необходимо иметь в виду, что здесь могут иметь место два случая 1) когда расширение идет с совершением внешней работы, т. е. когда сжатый газ действует па поршень в цилиндре расширительной машины, приводя его в движение 2) когда расширение протекает без совершения внешней работы, т. е. когда газу при его расширении не противостоит никакое препятствие (подобно поршню). Второй случай имеет место, нанример, при переходе газа через вентиль (или дроссельный клапан) из сосуда высокого давления в сосуд низкого давления. Отсюда ясно, что так как во втором случае газ никакой внешней работы не совершает, то для него неприменимы уравнения (39) — (42в). Неприменимость указанных уравнении следует также из того, что вывод этих уравнений состояния основан на принципе слотия газа за счет внешних усилий, т. е. такого сжатия, когда на этот процесс затрачивается определенная механическая работа. [c.73]

Таким образом, если адиабатическое сжатие или расширение ггзи идет с затратой или, соответственно, с получением определенной механической работы, то подсчет любого параметра его состояния (Р, V, Т, А) производят по уравнениям адиабатического процесса (39) —(426). Если же расширение газа протекает без совершения внешней работы (в пустоту ), то здесь [c.73]

Использование эффекта Джоуля — Томсона позволяет существенно понизить температуру газа, если перепад давления при дросселировании велпк, например давление газа снижается от 20-10 н/м (200 агп) до 9,81-10 н/м (1 ат). Значительно большее понижение температуры газа достигается при его расширении в детандере с совершением внешней работы. Однако для получения очень низких температур, соответствующих началу сжижения газа, обычно не применяют циклов, основанных только на принципе расширения газа в детандере. Это объясняется тем, что когда реальный газ находится при температурах, близких к температуре сжижения, его поведение сильно отклоняется от законов идеальных газов. Объем газа резко уменьшается, например, при —140 С он составляет лишь 1/4 объема, который занимад бы идеальный газ, и способность газа к расширению резко падает. Кроме того, в условиях начала сжижения [c.671]

Охлаждение природного газа на промышленных установках может ыть осуществлено дросселированием сжатого газа (эффект Джоуля- омсона), путем адиабатного или политропного расширения сжатого аза (с совершением внешней работы), а также применением посто-оннего вещества с более низкой температурой (холодильного агента). [c.51]

Расширение сжатого газа (с совершением внешней работы) осуществляется в поршневых или турборасширительных машинах (детандерах). Изменение температуры идеального газа при его расширении в политропическом процессе с показателем политропы /г [c.55]

Следовательно, значение 0 зависит от перепада давлений, исходной температуры и свойств газа. Расширение может происходить с совершением и без совершения внешней работы. Типичным холодильным агрегатом является воздушная турбохоло-дилъная установка (ТХУ) [7], способная понижать те.мпературу воздуха на несколько десятков градусов при высокой хладопроизводительности. Они весьма компактны, широко применяются в авиации. [c.281]