فرآیند خفگی وضریب ژول تامسون ( The throttling process and the joule- Thomson coefficient )
سیالی را در نظر بگیرید که در حال جریان است .
با عبور سیال از مقطعی که اوریفیس ( صفحه ای که در وسط آن سوراخ کوچکی به قطر d بوجود آمده است ) در آن قرار دارد ، همانند یک شیر نسبتاً باز ، مقداری افت فشار درجریان رخ خواهد داد.
با کاهش قطر اوریفیس (d) مقدار این افت فشار افزایش و دبی جرمی جریان سیال کاهش خواهد یافت.

 

 

 

 

 

 

نتیجه معادله بقای جرم برای حجم کنترلی نشان داده شده در شکل بالا، بصورت زیر خواهد بود :

برای استفاده از معادله بقای انرژی برای حجم کنترلی فوق ، بایستی به نکات زیر توجه داشت .
1) هیچگونه کاری سطح کنترلی را قطع نمی کند .
2) هیچگونه تغییراتی در مقدار انرژی پتانسیل دو جریان ورودی و خروجی وجود ندارد.
3) این فرآیند آنقدر سریع در یک فضای نسبتاً کوچک رخ می دهد که زمان مفید و سطح تبادل حرارت موثری برای انتقال حرارت وجود نخواهد نداشت . لذا فرآیند خفگی را می توان بصورت آدیاباتیک درنظر گرفت.
4) در فرآیندهای خفگی مالیات می توان از تغییرات انرژی پتانسیل نیز صرفنظر کرد .
بدین ترتیب نتیجه معادله بقای انرژی برای حجم کنترل فوق بصورت ساده زیر خواهد بود.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

با توجه به این تعریف اگر مقدار این ضریب منفی و یا مثبت باشد آنگاه دمای سیال درطول فرآیند خفگی ، بترتیب افزایش ویا کاهش خواهد یافت .
منفی و یا مثبت بودن این ضریب بستگی به مقادیر اولیه دما و فشار سیالی که تحول خفگی بر روی آن انجام می شود ، خواهد داشت .
اگر سیال که بر روی آن فرآیند خفگی صورت می گیرد بصورت مایع باشد ، ممکن است مقداری از مایع به بخار تبدیل شود که اصطلاحاً به آن "flashing" می گویند .
در طراحی سیکلهای تبرید سعی می شود که فرآیند خفگی مایع طوری صورت گیرد که عمل فلاشینگ نیز در طول فرآیند رخ دهد.
این به دو علت می باشد.
اول آنکه گرمای لازم برای تبخیر مقداری ازمایع در عمل فلاشینگ ، از مایع باقیمانده دریافت می گردد.
بدین ترتیب دمای مایع باقیمانده بیشتر کاهش خواهد یافت . ثانیاً رنج تغییرات آنتالپی ماده در یک فشار ثابت ، در ناحیه اشباع خیلی بیشتر از نواحی دیگر می باشد . لذا با انجام عمل فلاشینگ ، سیال خروجی از فرآیند خفگی در ناحیه اشباع قرارگرفته و بهترین شرایط را برای ورود به اواپراتور را خواهد داشت .
از آنجایی که فشار سیال درفرآیند خفگی کاهش می یابد لذا این فرآیند باعث انبساط سیال خواهد شد .
بدین لحاظ این فرآیند را یک فرآیند انبساط ( Expand valve) و یا لوله موئین (capillary tube ) می کنند .
درتمامی این وسایل هدف اصلی فشار سیال بوده و هر یک دارای کاربرد خاصی می باشد .
لوله موئین دارای طولی نسبتاً طویل و قطری بسیار کوچک می باشد . این وسیله در سیکلهای تبریدی که ظرفیت آنها پائین و دبی جرمی مبرد کم است ، همانند یخچالهای خانگی ، استفاده می شود . زیرا در اینگونه سیستمها استفاده از اوریفیس برای ایجاد تحول خفگی مشکل و حتی غیر ممکن است . به علت طویل بودن لوله موئین عمدتاً آنرا بشکل حلقوی در می آورند تا فضای کمتری را اشغال نماید .
قسمت اصلی شیر انبساط را همان اوریفیس تشکیل می دهد. با این تفاوت که در شیر انبساط دبی جرمی مبرد به وسیله باز و بسته شدن آن قابل تغییر است .
این موضوع در شکل زیر نشان داده شده است . با بالاتر رفتن مخروط ناقص مسیر عبور جریان بازتر شده و دبی مبرد افزایش می یابد .
بدین لحاظ از شیر انبساط در سیکلهای تبریدی که ظرفیت آنها بالا بوده و دبی جرمی مبرد زیاد و متغیر است ، استفاده می شود . با استفاده ازشیر انبساط می توان دبی جرمی مبرد ورودی به اواپراتور را باتوجه به شرایط مبرد خروجی از اواپراتور کنترل نمود .

مثال 11:
مایع زیر سرد آمونیاک خروجی از کندانسور مثال (10) ، از یک شیرانبساط عبور می کند .
قطر اوریفیس داخل آن در حالت باز بودن باندازه ای می باشد که فشار مبرد با دبی را 0.2(kg/s) را از1400(kpa) به فشار 250(kpa) تقلیل می دهد .
دما و آنتالپی مخصوص مایع مخصوص مایع آمونیاک ورودی به شیر انبساط بر اساس مثال (10) به ترتیب برابر 30(oC) و 322.9(kJ/kg) می باشند .
دما و حالت جریان خروجی از شرایط انبساط را تعیین نمائید .

 

Joomla templates by a4joomla