Škrcení

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 12. července 2019; kontroly vyžadují 6 úprav .

Škrcení (z němčiny drosseln - limit, vypnout) - pokles tlaku plynu nebo páry při průtoku zúžením kanálu průchodu potrubí - škrticí klapka nebo přes porézní přepážku.

Kvantitativní zohlednění

Škrcení je téměř ideální implementace Joule-Thomsonova procesu . Škrcení lze považovat [1] za isenthalpický kvazi-rovnovážný proces.

Pro ideální plyn je účinek zásadně nulový, proto je nutné použít přesnější model, často využívající van der Waalsův plyn. Obecně lze pro proces Joule-Thomson napsat:

$\left({{{\Delta T} \over {\Delta P))}\right)_{I}={{T\left({({\partial V} \over {\partial T))}\ vpravo)_{P}-V} \over {C_{P}}}$

konečný výsledek bude záviset na použitém modelu plynu. Diferenciální efekt se nazývá, když a může být považován za dostatečně malý, že jejich poměr může být nahrazen parciální derivací. $\Delta P$ $\Delta T$

Pokud je rozdíl tlaku a teploty významný (rozdíl tlaků může být stovky atmosfér), pak máme integrální Joule-Thomsonův efekt, integraci lze provést následovně:

$T_{2}-T_{1}=\int \limits _{{P_{1}}}^{{P_{2}}}{\left({{{\partial T} \over {\partial P} }}\right)_{I}dP}=\int \limits _{{P_{1}}}^{{P_{2}}}{{{T\left({{{\partial V} \over {\částečné T))}\vpravo)_{P}-V} \přes {C_{P))}dP}$ je integrální Joule-Thomsonův jev .

Joule-Thomsonův efekt pro van der Waalsův plyn

Van der Waalsova rovnice byla vytvořena s ohledem na slabé efekty - interakci molekul plynu mezi sebou a konečné velikosti molekul plynu (pro ideální plyn jsou molekuly hmotnými body a interagují pouze při dopadu). Obecně se vlastnosti takového plynu liší jen velmi málo od vlastností ideálního plynu - s výjimkou určitých oblastí parametrů (například při kondenzaci plynu). Van der Waalsův plyn poskytuje kvalitativní popis chování plynů během kondenzace a pro Joule-Thomsonův jev. V tomto případě jsou kvantitativně často získané parametry dosti vzdálené realitě. V tomto případě pro diferenciální efekt pro dostatečně zředěný plyn získáme následující výsledek:

${{\Delta T} \over {\Delta P}}={{{{2a} \over {RT}}-b} \over {C_{P}}}$

Ze vzorce je vidět, že plyn se při škrcení může buď ochlazovat nebo ohřívat, v závislosti na znaménku horní části frakce, a je vidět, že dochází k inverzní teplotě diferenciálního Joule-Thomsonova jevu. při kterém se změní znaménko účinku.

$T_{i}={{2a} \over {Rb))$

kde a a b jsou parametry ve vzorci van der Waals. Když se proces provádí pod teplotou inverze, plyn v procesu se ochlazuje, když se proces provádí nad teplotou inverze, plyn se zahřívá. V tomto případě se proces s chlazením nazývá pozitivní, s ohřevem - negativní.

Teplota inverze je obvykle mnohem vyšší než teplota místnosti, takže téměř všechny plyny jsou v tomto procesu ochlazovány.

Ale pro vodík a helium je inverzní teplota nízká, takže se tyto plyny při škrcení zahřívají. (Teplota inverze vodíku cca -80°C.)

Vysoce stlačený vodík může při škrcení vzplanout, to je třeba vzít v úvahu, protože vodík velmi dobře prosakuje nejmenšími póry a dokonce i některými materiály.

Je zde také uvažován diferenciální Joule-Thomsonův efekt pro vysoce stlačené plyny a integrální efekt pro van der Waalsův plyn, základní vlastnosti těchto procesů jsou podobné. [jeden]

Vlastnosti

Proces škrcení není kvazistatický , v rovnováze jsou pouze počáteční a koncové stavy, nikoli však mezistavy. Považovat škrtící proces za kvazistatický je možné pouze proto, že zde není důležitá cesta přechodu z výchozího stavu do konečného stavu a lze ji nahradit nějakou teoretickou kvazistatickou abstrakcí.

Při škrcení dochází k adiabatické expanzi z tlaku P 1 na tlak P 2 bez vykonání práce, to znamená, že škrcení je v podstatě nevratný [2] proces, doprovázený nárůstem entropie a objemu při konstantní entalpii .

Aplikace

Škrtícího efektu se v průmyslu využívá u průtokoměrů s proměnným tlakem [2] , u kterých se průtok plynu nebo páry měří tlakovou ztrátou P 1 - P 2 před a po zúžení průchozího kanálu (membrány nebo trysky v Venturiho trubice ) potrubí.

Škrcení se používá v kompresních chladničkách jako prostředek k zajištění poklesu tlaku k odpaření zkapalněného chladiva .

Experimentální výsledky

Poznámky

↑ 1 2 Sivukhin D.V. Obecný kurz fyziky. - M . : Nauka , 1975. - T. II. Termodynamika a molekulární fyzika. — 519 s.
↑ 1 2 Škrcení - článek z Velké sovětské encyklopedie .