Дросселирование газов и паров

Дросселирование – это необратимый процесс протекания газа через внезапное сужение, в результате которого понижается давление газа без совершения им технической работы. Всякое сопротивление в трубопроводе (вентили, задвижки, шайбы, краны, клапаны и др.) вызывают дросселирование газа и, как следствие, падение его давления. В большинстве случаев наличие процесса дросселирования наносит безусловный вред. Однако он находит применение в практике и создаётся искусственно в холодильных установках (для понижения температуры хладагентов), в приборах, измеряющих расход газа, в установках, сжижающих газ, и других устройствах.

Пусть в трубопроводе установлена диафрагма. Если выбрать два сечения: I–I ( до диафрагмы) и II–II (после диафрагмы), то наблюдается следующее. До сечения I–I и после сечения II–II газ или пар движутся без видимых изменений. При подходе к диафрагме, диаметр отверстия которой значительно меньше диаметра трубопровода, поток как бы сминается, и около диафрагмы появляются завихрения. После прохождения диафрагмы поток расширяется и вновь образуются завихрения.

Между сечениями I–I и II–II наблюдается так же изменение давления, скорости и температуры рабочего тела. При подходе к диафрагме давление рабочего тела несколько возрастает (появляется препятствие на пути потока), при прохождении через диафрагму оно заметно падает, затем начинает возрастать, но не достигает первоначального значения, т. е. p_I-I>p_II-II. Разность между этими значениями давлений есть гидравлические потери. Если провести процесс дросселирования в обратном направлении, то вновь появятся гидравлические потери, что ещё раз подтверждает, что процесс дросселирования необратимый.

Скорость рабочего тела при прохождении через диафрагму возрастает, затем уменьшается до первоначального значения, т. е. w_I-I=w_II-II. Увеличение скорости приводит к росту кинетической энергии потока, которая расходуется на частичное повышение давления. Но полное восстановление давления не происходит, как уже отмечалось, поскольку этот процесс необратимый (часть кинетической энергии расходуется на образование вихрей и превращается в теплоту).

Энтальпия рабочего тела до диафрагмы несколько уменьшается, затем возрастает до первоначального значения, т. е. i_I-I=i_II-II.

При дросселировании температура рабочего тела может возрастать, оставаться постоянной или уменьшаться. Характер изменения температуры определяется свойствами рабочего тела и его начальными параметрами. Изменение температуры после дросселирования газа или пара, открытое Джоулем и Томсоном в 1852г., называется дроссель- эффектом Джоуля-Томсона. В реальных условиях температура рабочего тела, как правило, уменьшается.