Читайте также:
|
|
Детандирование - процесс равновесного адиабатического расширения газа с совершением внешней работы.
При отсутствии внешнего теплообмена и каких бы то ни было внутренних процессов трения процесс расширения газа протекает при соблюдении условия: S=const.
В этом случае, исходя из первого закона термодинамики, получим:
dU=Tds+pdV; dI=TdS+VdP,
0 0
где pdV - работа в замкнутой; Vdp - работа в открытой термодинамической системе.
Уменьшение внутренней энергии газа максимально, поэтому такой процесс сопровождается наибольшим уменьшением температуры.
Эффект изменения температуры в элементарном изоэнтропном процессе называется дифференциальным эффектом дитандирования:
. (20)
Воспользовавшись уравнениями термодинамики, можно представить выражение (20) в виде:
. (21)
Разделив уравнение (21) на as, получим:
. (22)
Из приведенных соотношений можно сделать следующие выводы:
1. Значения as - положительны практически в любой области состояний рабочего тела.
2. С повышением температуры, as также возрастает; при этом работа расширения соответственно увеличивается.
3. С увеличением давления, т.е. уменьшением удельных объемов, as уменьшается. Таким образом, в процессе изоэнтропного расширения as - переменная величина.
4. Вблизи критических состояний и в области влажного насыщенного пара (ВНП) значения ai и as наиболее близки, т.к. в этих областях из-за больших значений 1 /(Tb) значения всего этого комплекса уменьшается, т.е. стремится к нулю.
Чем больше отношение , тем менее выгодно применение детандеров, поскольку детандер - устройство гораздо более сложное и дорогое, чем дроссельный вентиль.
Для большей части реальных газов, используемых в криогенной технике, изменение температуры в изоэнтропных процессах с точностью, вполне достаточной для инженерных расчетов, можно определить из уравнений:
, (23)
. (24)
Уравнение (24) справедливо в широкой области состояний, в том числе и вблизи пограничной кривой. Погрешность для криогенных газов (воздух, неон, гелий) составляет не более 3 %, исключением является водород, для которого погрешность может составить до 30 %.
На практике процессы расширения газов совершаются в расширительных машинах - детандерах. В детандерах энергия сжатого газа преобразуется в работу, и процесс приближается к изоэнтропному. Работа передается к тормозному устройству.
Роль тормозного устройства часто играет электродвигатель, который в период пуска выводит детандер на рабочий режим после того, как вал детандера набирает заданную частоту вращения, электродвигатель переходит в режим генератора и возвращает в электрическую сеть часть энергии, которая расходуется на сжатие газа.
Контрольные вопросы и задания:
1. Объясните, почему дросселирование для идеального газа является полностью необратимым процессом, а для реального газа этот процесс частично обратим?
2. Почему можно допустить, что процесс дросселирования протекает адиабатно? Для чего вводится это допущение?
3. Почему процесс дросселирования изображается в диаграмме штриховой линиией?
4. Всегда ли температура рабочего тела при дросселировании снижается? Поясните примерами.
5. Дайте определение дифференциального эффекта Джоуля-Том-сона, его физическая сущность.
6. Что такое кривая инверсии и как она располагается в Т-s диаграмме?
7. Рассчитайте массу жидкого кислорода, полученного в результате дросселирования 1 кг газа от давления 7 МПа до давления 6 бар. Температура исходного газа 155 К.
8. Дайте определение дифференциального эффекта детандирования. В чем заключается его физическая сущность?
9. Как изменяется дифференциальный эффект детандирования при изменении температуры, давления?
10. Определите состояние и термодинамические параметры азота, полученного в результате расширения в детандере от начального давления 30 бар и температуры 200 К до конечного давления 0,5 МПа.
Дата добавления: 2015-07-24; просмотров: 194 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
Дросселирование газов, паров и жидкостей | | | Криогенное термостатирование |