Витікання та дроселювання газів і пари

Витіканням називається рух газу через короткі канали особливої форми. Якщо в каналі збільшується швидкість газу, а тиск падає, то такий канал називають сопло. Якщо в каналі зменшується швидкість руху, а тиск збільшується – дифузор. Розрахунковими величинами в процесах витікання є швидкість у вихідному перетині каналу та масова витрата газу. Час перебування газу в коротких каналах невеликий, тому теплообміном між газом і стінкою можна зневажити, що дає можливість вважати процес витікання адіабатним, тоді S=const. Сопло і дифузор виконують свої функції доти, поки швидкість газу на вході в канал менша за швидкість звуку в середовищі витікання. Як тільки вхідна швидкість w₁ дорівнює швидкості звуку і більша за неї, то сопло гальмує потік, а дифузор прискорює.

Сопло

Диффузор

Перший закон термодинаміки для потоку для випадку витікання

Тоді вихідна швидкість

де - етальпія газу на вході та виході каналу

Через параметри стану для звужуючого сопла

Масова витрата

- показник адіабати; f₂ - площа поперечного перерізу на виході з каналу;.

- питомі об’єми газів на вході та виході з каналу.

Зі зменшенням відношення Р₂/Р₁ наступає момент, коли швидкість і масова витрата газу через сопло не змінюється, вони досягають максимального (критичного) значення. Таке відношення тиску називають критичним:

Критична (максимальна) швидкість і витрата:

;

Критична швидкість на виході із звужуючого сопла дорівнює швидкості звуку в середовищі витікання. Для переходу через швидкість звуку використовується комбіноване сопло Лаваля, що складається звужуючої та розширюючоїся частини.

Лінія Кln відповідає дійсній витраті газу, а Кl0 – теоретичній.

Залежність витрати від відношення тисків	Схема сопла Лаваля

Дроселюванням називається явище зниження тиску при проходженні потоком місцевого опору в трубопроводі. Дроселювання ідеального газу характеризується i=const, тобто i₂=i₁ і t₂=t₁. При дроселюванні реального газу температура після дроселювання може бути рівною, більшою або меншою за температуру до дроселювання (ефект Джоуля-Томсона). Якщо температури рівні, то температуру t₂ називають температурою інверсії. Відношення називається диференціальний дросель ефект, а відношення ΔТ/ΔР - інтегральний дросель ефект.