Адиабатное расширение газов с отдачей внешней работы

При расширении рабочего вещества от давления Р₁ до давления Р₂ можно получить работу, если этот процесс происходит в расширительном устройстве - детандере (процесс а - в).

В этом случае работа совершается за счет изменения энтальпии расширяющегося рабочего вещества и отводится от детандера.

Рассмотрим, как изменяются параметры рабочего вещества, характеризующие процесс с получением внешней работы. Если процесс расширения с совершением внешней работы осуществляется без потерь и без теплообмена с окружающей средой, то энтропия рабочего вещества не меняется, то есть процесс расширения идет изоэнтропно dS=0. Работа, совершаемая рабочим веществом (а - в), отводится из системы. Так как эта работа совершается за счет энергии рабочего вещества, то его температура в процессе расширения всегда понижается.

Понижение температуры определяется производной ( ) , которая может быть названа коэффициентом обратимого адиабатного (изоэнтропного) расширения и по аналогии с обозначена .

Воспользуемся уравнением (5) для величин T, P, S, тогда

﴾ ﴿ *﴾ ﴿ *﴾ ﴿ =-1

С учетом уравнения Максвелла﴾ ﴿ = -﴾ ﴿ и выражением теплоемкости c_p=T﴾ ﴿ , получаем = T﴾ ﴿ c_p.

Сравнивая с коэффициентом дросселирования , получаем

- = ,

поскольку и c_p всегда положительны, то

>

Таким образом, процесс адиабатного расширения с получением внешней работы термодинамически более эффективен, чем процесс адиабатного дросселирования. Это видно из диаграммы (процесс а – с - дросселирование).