Главная > Разное > Курс термодинамики (Микрюков В.Е.)
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

3. Метод дросселирования

Метод дросселирования (использование явления Джоуля — Томсона) при сочетании с теплообменом также применяется для получения низких температур, которые отличаются от абсолютного нуля всего лишь на несколько градусов.

Выше (стр. 118) было показано, что понижение температуры для неидеального газа при явлении Джоуля — Томсона выражается уравнением (30,3):

Опыты показывают, что для всех реальных газов, исключая водород, производная и поэтому температура газа при расширении понижается. Для водорода при комнатной температуре; и при расширении его температура повышается.

Если водород перед расширением охладить ниже точки инверсии, то при расширении его производная и будет иметь место охлаждение газа.

Сжижение газов при использовании явления Джоуля — Томсона происходит следующим образом. Газ высокого давления протекает по внутренней трубе теплообменника (рис. 57) и, проходя через вентиль, охлаждается. После этого газ поступает в теплообменник, перемещаясь навстречу входящему газу высокого давления. Благодаря встречному потоку холодного газа происходит охлаждение газа высокого давления, вследствие чего он подходит к расширительному вентилю более холодным. Такой последовательный процесс понижает температуру газа настолько, что газ превращается в жидкость, которая собирается в нижней части сосуда.

Рис. 57.

Если начальная температура входящего газа будет поддерживаться около 100° К для водорода и 20° К для гелия, то метод дросселирования позволяет произвести сжижение водорода и гелия. (Температуры кипения тройной и критической точек для водорода и гелия приведены в таблице 5.)

Добавим еще, что явление Джоуля — Томсона, которое используется для получения низких температур, является адиабатным необратимым процессом.

Академик Капица разработал и осуществил конструкцию холодильной машины, в которой для получения низких температур используется явление адиабатного обратимого расширения газа.

Для расчетов найдем изменение температуры при адиабатном обратимом расширении газа. Уравнение (25,8) для адиабатного процесса в переменных запишется в следующем виде:

Далее определяем изменение температуры газа при обратимом расширении:

Для любого газа производная Из этого условия следует, что при обратимом адиабатном расширении охлаждение газа не зависит от вида уравнения состояния. В этом и состоит главное преимущество обратимого адиабатного расширения газа как метода охлаждения, который применил в своей машине П. Л. Капица, перед использованием в качестве метода охлаждения процесса Джоуля — Томсона.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление