Дросселирование пара
|
диаграммы внутри кривой соответствуют охлаждению газа, а снаружи кривой-подогреву газа. На этом же рисунке дана экспериментальная кривая 2 инверсии воздуха. Ее расхождение с теоретической кривой объясняется тем, что уравнение Ван-дер-Ваальса лишь приближенно отражает реальную связь параметров состояния воздуха.
В качестве еще одного примера на рис. 6 приведена кривая инверсии азота. Внутри области, ограниченной кривой инверсии, ai
, т.е. газ при дросселировании охлаждается. Вне этой области ai
, т.е. температура газа при дросселировании повышается. Аналогичный характер имеют кривые инверсии и других веществ.
Дифференциальный дроссель-эффект используется для определения температуры газа после дросселирования при малом уменьшении давления. При значительном снижении давления изменение температуры газа определяется интегральным дроссель-эффектом Джоуля-Томсона
(13)
Практически интегрирование этого уравнения может быть выполнено по частям с учетом зависимости (dT/dp)i от давления и температуры.
Процесс дросселирования водяного пара немного отличается от дросселирования реальных газов.
За изменением состояния водяного пара при дросселировании удобно проследить, пользуясь диаграммой s — i (рис. 7).
Поскольку энтальпия пара после дросселирования имеет то же значение, что и до него, проведем на этой диаграмме одну горизонтальную линию 1 — 3 (рис. 7) в области перегретого пара, а другую а — е — в области влажного пара. Начальное состояние пара, отображаемое точкой 1, характеризуется давлением 10 Мн/м2 и температурой 500° С. Из рисунка
|
видно, что по мере уменьшения давления при дросселировании температура пара падает, в то время как степень перегрева его растет, что видно из следующих цифр:
град
град
град
т. е. 
(величины 
t определены по диаграмме s — i и по таблицам пара). Однако при дросселировании пара высокого давления и небольшого перегрева (например, p=15 Мн/м2 и t=350° С) перегрев его, как следует из рис. 7, может уменьшиться и пар может даже сделаться влажным.
Из рассмотрения линии а — d следует, что после дросселирования влажного пара высокого начального давления до давлений, определяемых изобарами, лежащими слева от точки b, пар увлажняется (в точке а влажность пара 1 — х=1 — 0,96=0,04, в точке b она равна 1 — 0,94= = 0,06 и в точке с она равна 1 — 0,96=0,04). Начиная от точки с после дросселирования пар подсушивается; в точке d достигается состояние сухого насыщенного пара; в результате дросселирования от
состояния, отображаемого точкой d, пар перегревается (точка е лежит в области перегретого пара). Таким образом, в результате дросселирования в данном случае изменяются параметры пара и, следовательно, его состояние.
Проводя из точек a, b и с изобары до их пересечения с верхней пограничной кривой соответственно в точках a1,b1, и c1можно убедиться что чем больше понижается давление пара в результате его дросселирования, тем больше падает его конечная температура (точка а1 лежит в интервале температур 400 — 300° С, точка b1 — в интервале температур 300— 200° С и точка с1 — в интервале температур 200 — 100° С).
Необходимо заметить, что дросселирование пара приводит к потери его работоспособности. Последняя оценивается той работой, которая может быть получена от пара при его расширении в тепловом двигателе до некоторого конечного давления. Применительно к идеальному процессу эта работа эквивалентна разности энтальпий пара в начале и в конце адиабатного расширения. На рис. 7 работоспособность пара, состояние которого отображается точкой 1, при его расширении до 0,005 Мн/м2 определяется величиной адиабатного теплопадения, равной разности энтальпий в точках 1 и 1´
, выражаемой в масштабе отрезком h1. Если пар
до его расширения в тепловом двигателе подвергнуть дросселированию один раз до давления 2 Мн/м2, а другой раз до давления 0,5 Мн/м2, то его начальные состояния перед тепловым двигателем будут отображаться соответственно точками 2 и 3, лежащими на одной горизонтали 1—3. При адиабатном расширении пара от этих новых состояний до того же давления 0,005 Мн/м2 работа, которую способен совершить расширяющийся пар, будет определяться при расширении от состояния, отображаемого точкой 2, до состояния, отображаемого точкой 2', лежащей на изобаре 0,05 Мн/м2, отрезком h2, а при расширении от состояния, отображаемого точкой 3, до состояния, отображаемого точкой 3´, лежащей .на той же изобаре 0,005 Мн/м2, — отрезком h3.