Kuristus

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 12. heinäkuuta 2019 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 6 muokkausta .

Kuristus ( saksasta drosseln - raja, sammuta) - kaasun tai höyryn paineen lasku, kun se virtaa putkilinjan kulkukanavan kapenemisen läpi - kaasuläppä tai huokoisen väliseinän läpi.

Määrällinen huomio

Kuristus on lähes ihanteellinen toteutus Joule-Thomson-prosessista . Kuristusta voidaan pitää [1] isentalpian kvasi -tasapainoprosessina .

Ihanteellisella kaasulla vaikutus on pohjimmiltaan nolla, joten on tarpeen käyttää tarkempaa mallia, jossa käytetään usein van der Waalsin kaasua. Yleensä Joule-Thomson-prosessille voidaan kirjoittaa:

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

lopputulos riippuu käytetystä kaasumallista. Differentiaalivaikutukseksi kutsutaan silloin , kun sitä voidaan pitää riittävän pienenä, jotta niiden suhde voidaan korvata osittaisella derivaatalla. $\Delta P$ $\Delta T$

Jos paine- ja lämpötilaero on merkittävä (paine-ero voi olla satoja ilmakehyksiä), niin meillä on kiinteä Joule-Thomson-ilmiö, integrointi voidaan suorittaa seuraavasti:

$T_{2}-T_{1}=\int \limits _{{P_{1}}}^{{P_{2}}}{\left({{{\partial T} \over {\partial P} }}\right)_{I}dP}=\int \limits _{{P_{1}}}^{{P_{2}}}{{{T\left({{{\partial V} \over {\osittainen T))}\oikea)_{P}-V} \yli {C_{P))}dP}$ on kiinteä Joule-Thomson-efekti .

Joule-Thomson-efekti van der Waalsin kaasulle

Van der Waalsin yhtälö luotiin ottamalla huomioon heikot vaikutukset - kaasumolekyylien keskinäinen vuorovaikutus ja kaasumolekyylien rajalliset koot (ihanteellisessa kaasussa molekyylit ovat aineellisia pisteitä ja ne ovat vuorovaikutuksessa vain törmäyksessä). Yleensä tällaisen kaasun ominaisuudet eroavat hyvin vähän ideaalikaasun ominaisuuksista - lukuun ottamatta tiettyjä parametrialueita (esimerkiksi kaasun kondensaation aikana). Van der Waalsin kaasu antaa kvalitatiivisen kuvauksen kaasujen käyttäytymisestä kondensoitumisen aikana ja Joule-Thomson-ilmiöstä. Tässä tapauksessa kvantitatiivisesti usein saadut parametrit ovat melko kaukana todellisuudesta. Tässä tapauksessa riittävän harvinaisen kaasun differentiaalivaikutukselle saamme seuraavan tuloksen:

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

Kaavasta voidaan nähdä, että kaasu voi kuristuksen aikana joko jäähtyä tai lämmetä fraktion yläosan merkistä riippuen, ja voidaan nähdä, että differentiaalisen Joule-Thomson-ilmiön inversiolämpötila on olemassa. jolloin vaikutuksen merkki muuttuu.

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

missä a ja b ovat parametreja van der Waalsin kaavassa. Kun prosessi suoritetaan inversiolämpötilan alapuolella, prosessissa oleva kaasu jäähdytetään, kun prosessi suoritetaan inversiolämpötilan yläpuolella, kaasu lämmitetään. Tässä tapauksessa jäähdytysprosessia kutsutaan positiiviseksi, lämmityksellä negatiiviseksi.

Tyypillisesti inversiolämpötila on paljon korkeampi kuin huoneen lämpötila, joten melkein kaikki kaasut jäähdytetään tässä prosessissa.

Mutta vedyn ja heliumin inversiolämpötila on alhainen, joten nämä kaasut lämpenevät kuristuksen aikana. (Vedyn inversiolämpötila noin -80°C.)

Erittäin puristettu vety voi leimahtaa kuristettuna, tämä on otettava huomioon, koska vety imeytyy erittäin hyvin pienimpien huokosten ja jopa joidenkin materiaalien läpi.

On myös otettu huomioon differentiaalinen Joule-Thomson-ilmiö erittäin paineistetuille kaasuille ja integraalinen vaikutus van der Waals-kaasulle, näiden prosessien perusominaisuudet ovat samanlaiset. [yksi]

Ominaisuudet

Kuristusprosessi ei ole kvasistaattinen , vain alku- ja lopputila ovat tasapainossa, mutta eivät välitilat. Kuristusprosessin katsominen kvasistaattiseksi on mahdollista vain siksi, että siirtymäpolku alkutilasta lopputilaan ei ole tässä tärkeä, vaan se voidaan korvata jollain teoreettisella kvasistaattisella abstraktiolla.

Kuristuksessa tapahtuu adiabaattinen laajeneminen paineesta P 1 paineeseen P 2 ilman työtä, eli kuristus on olennaisesti irreversiibeli [2] prosessi, johon liittyy entropian ja tilavuuden kasvu vakioentalpialla .

Sovellus

Kuristusvaikutusta käytetään teollisuudessa säädettävän paineen virtausmittareissa [2] , joissa kaasun tai höyryn virtausnopeus mitataan painehäviöllä P 1 - P 2 ennen ja jälkeen kanavan (kalvon tai suuttimen) kapenemisen. putkilinjan Venturi-putki ).

Puristusjääkaapeissa kuristusta käytetään paineen alenemisen aikaansaamiseksi nesteytetyn kylmäaineen höyrystämiseksi .

Kokeelliset tulokset

Muistiinpanot

↑ 1 2 Sivukhin D.V. Fysiikan yleinen kurssi. - M . : Nauka , 1975. - T. II. Termodynamiikka ja molekyylifysiikka. — 519 s.
↑ 1 2 Throttling - artikkeli Great Soviet Encyclopediasta .