Расширение газа в детандерах.

Процесс расширения газа в адиабатных условиях может протекать без изменения энтропии только при отсутствии каких бы то ни было внутренних процессов трения. В связи с этим для удовлетворения условия s=const необходимо всю энергию сжатого газа преобразовать во внешнюю работу без потерь. Очевидно, что при этом уменьшение внутренней энергии газа максимально по сравнению с другими процессами расширения при одинаковых начальных параметрах и степени расширения; поэтому такой процесс сопровождается наибольшим снижением температуры. Работа, совершаемая газом в этом процессе, должна быть обязательно полностью передана изолированному от газа устройству.

Так как реальные процессы течения и расширения газа не могут происходить без трения, то в адиабатных условиях процесс s=const в действительности осуществить невозможно. Его рассматривают как идеальное приближение для реальных процессов.

Изменение температуры в изоэнтропном процессе в открытой и закрытой системах одинаковое и при различных независимых переменных определяется соотношением:

α_s=(дТ/др)_s=(Т/с_р)(дv/дT)_p=Tvβ/c_p.

Для процесса s=const можно установить следующее.

1. Значения α_s положительны практически в любой области состояний рабочего тела, физически допускающих расширение.

2. С повышением температуры α_s возрастает; при этом соответственно увеличивается и работа расширения.

3. С увеличение давления, т.е. уменьшением удельных объемов и увеличением плотности рабочего тела, α_s уменьшается. Таким образом, в процессе расширения s=const α_s – переменная величина.

4. Вблизи критических состояний и в области состояний кипящей жидкости значения α_s и α_i наиболее близки. Соотношения между α_s и α_i – зависят от параметров и рода газов и их смесей. Чем больше отношение α_i/α_s, тем, в общем случае, менее выгодно применение детандеров.

Значение α_s для реального газа может быть больше и меньше, чем для идеального, в зависимости от знака α_i.

Изменение энтальпии в процессе s=const можно определить по выражению:

,

откуда

.

На практике процессы расширения газов с совершением внешней работы осуществляют в различных расширительных машинах, которые называют детандерами. В детандерах энергия сжатого газа преобразуется в работу, и процесс в той или иной мере приближается к изоэнтропному. Работа передается или на тормозное устройство, или какой-либо внешней среде, которую обязательно изолируют от расширяющегося газа.