Умеренный холод.

1-2 – адиабатическое сжатие рабочего тела, S=const

2-3 – изотермическая и изобарическая конденсация паров рабочего тела в конденсаторе, Т_в и Р_в – const

3-4 – адиабатическое расширение РТ в расширителе, S=const

4-1 – изотермическое и изобарическое испарение РТ в расширителе, Т_н и Р_н – const

Вместо расширения дроссельный вентиль

∆Ρ=Р_н – Р_к – гидравлическое сопротивление котла (трение потока о его стенки).

Энтальпия потока должна i_н→i_к, но ∆I переходят в тепло, а последняя целиком возвращается потоку, а значит i_н=i_к. Эффект дросселирования.

В данном случае происходит изоэнтальпийный процесс.

Каскадный метод

Он заключается в том, что от тел с более низкой температурой кипения отнимается тепло, передаётся телам с более высокой температурой кипения. Для этого существуют холодильные агенты, т.е. вещества, при испарении которых поддерживается определённая температура.

При каскадном методе устанавливаются по­следовательно компрессорные холодильные ма­шины т.о., что испаритель каждой предыдущей холодильной машины является конденсатором по­следующей, создавая возможность сжижения хла­дорегента с более низкой критической температу­рой. Холодильная установка для разделения кон­верторного газа и сжижения воздуха состоит из четырёх циклов – аммиачного, этиленового, мета­нового и азотного. У этого цикла каждый последующий агент может быть сконденсирован предыдущим, но нельзя например этилен сконденсировать водой, метан – аммиаком и азот – этиленом. Причём кон­денсация проходит под повышенным давлением (в каждом цикле своё давление) и после дросселиро­вания испарение с охлаждением. С помощью этого метода из газов конверсии метана, коксо­вого газа выделяют водород или готовую азотно-водородную смесь или сжижают воздух.

Метод дросселирования.

Он основан на свойствах реальных газов и заключается в понижении температуры газа в определённых условиях при его расширении (дросселировании). Такие газы как O₂, N₂, H₂, He не могут быть переведены в жидкое состояние при обычных температурах действием больших давлений (как например пропан) поскольку их критическая температура ниже –100°С и они сжижаются только методом дросселирования.

Для идеальных газов их сжимаемость не зависит от давления (прямая 1), для реальных – наоборот, причём PV RT может быть (прямая 2, 3, 4).

Для реальных газов используют уравнение Ван-дер-Ваальса:

– молекулярное давление

– несжимаемый объём.

Дроссельный эффект заключается в том, что при расширении сжатого газа до более низкого давления без совершения внешней работы и без обмена теплотой с окружающей средой происходит изменение температуры газа.

Существуют дифференциальный и интегральный дроссельный эффекты.

– изменение температуры газа происходит под действием бесконечно малого изменения P при постоянной энтальпии. В практике принимают δΡ = 1 атм. и, например, для воздуха α_d = 0,25°.

– изменение температуры газа при изменении давления P₁→ P₂.

Для выяснения физического смысла циклов рассмотрим термодинамику дроссеоирования.

H – энтальпия – const

H=U+PV

U – удельная внутренняя энергия

PV – удельная потенциальная энергия давления

V – удельный объём

При H=const

U_н+P_нV_н= U_к+P_кV_к, из этого следует, что изменение PV приводит к изменению U, а значит и T.

Для идеального газа

Если P_нV_н=P_кV_к и U_н=U_к ∆T=0 – нет эффекта.

Если P_нV_н<P_кV_к , то U_н>U_к , то с падением давления U – падает и T падает – ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ДРОССЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ, >0 – охлаждение

Если P_нV_н>P_кV_к , то U_н<U_к ,T ↑ , и <0 – ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ ДРОССЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ.

Но кроме дроссельного эффекта используется и адиабатическое расширение с отдачей внешней работы.

Первый закон термодинамики

dQ=dU+dl

dQ – тепло, dl – удельная работа, производимая рабочим телом

при адиабатическом процессе dQ=0 и dU=–dl , оттуда следует, что адиабатическое расширение с отдачей внешней работы всегда приводит к охлаждению.

Для реального газа P₁V₁≠P₂V₂ и значит U₁≠U₂ и дросселирование приводит к изменению температуры. Физическую сущность эффекта дросселирования можно уяснить из следующих рассуждений.

Пусть H₁, H₂ – энтальпии сжатого и расширенного газа. Поскольку у нас в процессе изменяются и объём, и температура, и давление, то можно записать для энтальпии следующие выражения:

H₁=U₁+C_pT₁+P₁V₁

H₂=U₂+C_pT₂+P₂V₂

Где U_i – внутренняя потенциальная энергия газа (работа, затраченная на удаление молекул друг от друга), P_iV_i – работа перемещения газа, C_pT_i – кинетическая энергия движения молекул при dH=0, т.е. H₁=H₂. Для P,T= const H=U+PT.

U₁+C_pT₁+P₁V₁= U₂+C_pT₂+P₂V₂

отсюда C_p(T₁–T₂) = (U₂–U₁) – (P₁V₁–P₂V₂)

(P₁V₁–P₂V₂) является мерой работы, совершённой газом при дросселировании. Она может быть >0,<0,=0.

Рассмотрим 3 случая:

1. dU>0, то U₂>U₁

А) P₁V₁< P₂V₂, ∆<0 ПН>0 => ЛН>0 T₁>T₂

Большой положительный дроссельный эффект, газ охлаждается.

Б) P₁V₁= P₂V₂, ∆=0 ПН>0 => ЛН>0 T₁>T₂

Меньший дроссельный эффект.

В) P₁V₁> P₂V₂, ∆>0 dU >∆ ПН>0 => ЛН>0 T₁>T₂

Очень малый дроссельный эффект.

2. P₁V₁> P₂V₂, dU = (P₁V₁–P₂V₂)

ПН=0 ЛН=0 dT=0 T₁=T₂

дроссельный эффект=0.

3. P₁V₁> P₂V₂, dU < (P₁V₁–P₂V₂)

ПН<0 ЛН<0 T₁<T₂

Отрицательный дроссельный эффект.