Mail.ruПочтаМой МирОдноклассникиВКонтактеИгрыЗнакомстваНовостиКалендарьОблакоЗаметкиВсе проекты

Объясните, пожалуйста, дросселирование - отчего температура и давление газов падают, физический смысл не понимаю

Марьяна Савко Профи (956), закрыт 12 лет назад
Из энциклопедии:

Дросселирование, протекание жидкости, пара или газа через дроссель — местное гидродинамическое сопротивление потоку (сужение трубопровода, вентиль, кран и др.) , при котором происходит изменение давления и температуры (см. Джоуля — Томсона эффект) . Эффект Дросселирование используется главным образом для глубокого охлаждения и сжижения газов. Дросселирование широко применяется для измерения и регулирования расхода жидкостей и газов (см. Расходомер) .

Согласно молекулярно-кинетической теории строения вещества, Д. — Т. э. свидетельствует о наличии в газе сил межмолекулярного взаимодействия (обнаружение этих сил было целью опытов Джоуля и Томсона) . Действительно, при взаимном притяжении молекул внутренняя энергия (U) газа включает как кинетическую энергию молекул, так и потенциальную энергию их взаимодействия. Расширение газа в условиях энергетической изоляции не меняет его внутренней энергии, но приводит к росту потенциальной энергии взаимодействия молекул (поскольку расстояния между ними увеличиваются) за счёт кинетической. В результате тепловое движение молекул замедлится, температура расширяющегося газа будет понижаться. В действительности процессы, приводящие к Д. — Т. э. , сложнее, т. к. газ не изолирован энергетически от внешней среды. Он совершает внешнюю работу (последующие порции газа, справа от дросселя, теснят предыдущие) , а слева от дросселя над самим газом совершают работу силы внешнего давления (поддерживающие стационарность потока) . Это учитывается при составлении энергетического баланса в опытах Джоуля — Томсона. Работа продавливания через дроссель порции газа, занимающей до дросселя объём V1, равна p1V1. Эта же порция газа, занимая за дросселем объём V2, совершает работу p2V2. Проделанная над газом результирующая внешняя работа A = p1V1 — p2V2 может быть как положительная, так и отрицательная. В адиабатических условиях она может пойти только на изменение внутренней энергии газа: A = U2 — U1. Отсюда, зная уравнение состояния газа и выражение для U, можно найти DT.

Величина и знак Д. — Т. э. определяются соотношением между работой газа и работой сил внешнего давления, а также свойствами самого газа, в частности размером его молекул.
Дополнен 12 лет назад
Мне б так, чтобы понятно и просто стало)
Дополнен 12 лет назад
Люди! Помогите блондинке, плииииз!
Лучший ответ
Алексей Мудрец (19292) 12 лет назад
В рамках МКТ, где размеры молекул бесконечно малы, а взаимодействие между ними нулевое -- газ описывается так:
Но есть много ситуаций, когда ни объём, ни межмолекулярное взаимодействие опускать нельзя. И тогда в уравнение вносятся чисто эмпирические поправки:
: Вместо P -- (P+a/V^2) -- давление на стенки сосуда уменьшается за счёт "стягивания" молекул от стенок сосуда к некоему ценру, вылезает потенциальная энергия притяжения молекул
Вместо V -- (V-b) -- объём увеличивается на b за счёт того, что к нему прибавляется объём самих молекул.

Если в основу термодинамики положить это уравнение, а не Клапейрона, то она вся принципиально изменится. В частности изменится термодинамика открытых систем, тобиш потоков газа - и тут полезут разные эффекты, и один из таких эффектов - вот такой. Физика эффекта такова: прежде всего изменится определение внутренней энергии газа - если раньше она была U=Cv*ΔТ, тобиш характеризовала ТОЛЬКО кинетическую энергию молекул и практически была тождественна температуре, то теперь всплывает и введённая нами потенциальная энергия (которую мы чуть выше прибавили к давлению) . В внутренняя энергия газа становится уже равной U=Cv*ΔТ+a/V. Физически это означает, что если при неизменной внутренней энергии мы будем уменьшать объём газа (без потерь массы) , то потенциальная энергия между молекулами будет возрастать, а температура, соответственно, падать (как видно из формулы) . Вот, собственно, примерно (именно примерно) так и происходит когда мы пропускаем газ через щель (дроссель, отверстие, етц.) . На щели молекулы сближаются, потенциальная энергия даёт о себе знать. .

Если совсем просто - есть кинетическая энергия движения молекул, зависящая от скорости, (по сути она и есть температура) , и есть потенциальная энергия молекул, зависящая от расстояния между ними. В сумме это -- внутренняя энергия молекул. В обычном газе потенциальная энергия пренебрежимо мала, поскольку молекулы находятся далеко друг от друга (модель идеального газа) . Но если создать условия, при которых молекулы сближаются - потенциальной энергией пренебрегать уже нельзя. А откуда она возьмётся, если внутренняя энергия газа постоянна? Конечно же за счёт отъёма кинетической энергии. А кинетическая энергия это температура - соответственно, она уменьшается.

Если интересует, как оно точно, в буковках -- вывод у меня есть. . Внутренняя энергия там меняется, но принцип охлаждения газа за счёт перераспределения кинетической и потенциальной энергии - сохраняется.
Марьяна СавкоПрофи (956) 12 лет назад
Если несложно, пришлите мне вывод, пожалуйста!
Алексей Мудрец (19292) Пришло хоть? :-)
Остальные ответы
Владимир Балыкин Мудрец (18928) 12 лет назад
1.На дросселе совершается работа, сл-но, энергия суммарная уменьшается.
2.Ты ушел от гидрогазодинамики с ее уравнениями вышки в школьный курс физики, тут ты не прав.
При протекании потока через зазор наблюдается почти всегда турбулизация потока, а тут эффекты запирания, скачки уплотнения и прочая ГГД, а не школьная физика.
Вообще, нужно рассматривать конкретные случаи - рабочее тело, форма каналов, дросселя, температура, давление, скорости.. .
ГГД - это наука сложная, много математики, и на пальцах не расскажешь.
Юрий Сопов Профи (981) 6 лет назад
https://youtu.be/nAWKJqLYq8w -
Объяснение эффекта Джоуля Томсона
Похожие вопросы