Дросселирование пара

Если в трубопроводе имеется резкое сужение, то при проходе через это сужение пара или газа давление их понижается. Такое понижение давления называется дросселированием.

С дросселированием в теплотехнике приходится встречаться очень часто. Любой вентиль, кран или задвижка, установленные в паро- или газопроводе, при неполном их открытии вызывают дросселирование пара или газа.

Рис. 7.3. К исследованию процесса дросселирования

Исследуем процесс дросселирования пара, проходящего через небольшое отверстие, сделанное в пластинке М, называемой диафрагмой или шайбой (рис. 7.3). Допустим, что благодаря диафрагме давление пара понижается от до . (Эти давления должны измеряться на некотором расстоянии от диафрагмы в ту или другую сторону, вне сферы действия дросселирующего отверстия).

Выделим некоторый объем пара между сечением АВ и СD при помощи невесомых поршней a и b, движущихся без трения. Действие пара на поршень a слева заменим силами, создающими давление , а на поршень b справа – силами, создающими давление . Допустим, что за некоторый промежуток времени, в течение которого через отверстие в диафрагме протекает 1 кг пара, поршень а передвинулся на расстояние метров, а поршень b – на расстояние метров. При этом силы произведут работу над паром, равную , а сам пар, преодолевая действие силы , произведет работу , где и – площади поперечного сечения трубопровода до и после диафрагмы в . Таким образом, результирующая работа внешних сил выразится разностью кгс·м. На что же эта работа затрачивается?

Скорость движения пара по трубопроводу до и после диафрагмы и невелики, и поэтому изменение кинетической энергии, равное разности , – величина настолько незначительная, что ее можно не учитывать.

Во внешнюю среду эта работа также не передается. Поэтому она, превратившись в теплоту, может только восприниматься паром, отчего его внутренняя энергия будет возрастать.

Если внутреннюю энергию пара до диафрагмы обозначить , а после диафрагмы , то

.

Перемещения поршней и соответствует перетеканию 1 кг пара, следовательно

, а .

Учитывая эти значения и перегруппировав члены предыдущего уравнения, получим

или

Следовательно, энтальпия пара после дросселирования принимает начальное значение. Поэтому в процессе дросселирования начальное и конечное состояние пара лежат в si-диаграмме на прямой параллельной оси абсцисс (оси энтропии).