Охлаждение при расширении газов

Процесс адиабатного расширения сжатого газа сопровождается снижением температуры. Связь между давлением и температурой для идеального газа в адиабатном процессе выражается соотношением.

где k — показатель адиабаты.

В адиабатном процессе расширения теплообмен с окружающей средой отсутствует, поэтому вся внутренняя энергия полностью преобразуется в механическую работу. При расширении реального газа затрачивается дополнительная работа на преодоление внутренних сил притяжения его молекул и выполнение внешней работы.

Если воздух, сжатый до 9,5 МПа при t_{ = 20 °C, адиабатно расширяется до 0,1 МПа, то при k = 1,4 его конечная температура t₂ = -193,4°С.

Принудительное расширение газов, сопровождающееся понижением их температуры, осуществляется в расширительных машинах — поршневых детандерах и турбодетандерах (рис. 18.1).

Рис. 18.1. Схемы детандирования в поршневом детандере (а) и турбодетандере (б).

Изменение энтальпии (без учета потерь и подвода теплоты) при детандировании.

где tj_v — адиабатный КПД детандера; для поршневых детандеров ц₅ = = 0,7-^0,9, для турбодетандеров r|_s = 0,65-^0,87.

Процессы детандирования широко применяются в криогенной технике и относительно редко — в холодильной.