Yleiskatsaus paineilmakompressorin termodynamiikasta
21 huhtikuuta, 2022
Tässä artikkelissa käsitellään ilmakompressorin termodynamiikan ja lämmöntuotannon fysiikkaa ja kahta kaasulakia.
Kaasun virtaus putkien läpi ja kuristus
Yksi erittäin mielenkiintoinen fysiikan osa-alue on termodynamiikka, joka antaa tietoa erityisesti ilmakompressoreista. Tässä artikkelissa keskustelemme kaasun virtauksesta ja kuristuksesta ja jatkamme termodynamiikan esittelyä.
Reynoldsin numero
Reynoldsin luku on virtaavan väliaineen inertian ja kitkan dimensioton suhde.
Se määritellään seuraavasti:
Mitä eri virtaustyyppejä putkessa on?
Putkessa on pääsääntöisesti kahdentyyppisiä virtauksia. Kun Re < 2000, väliaineessa vallitsevat viskositeettivoimat ja virtauksesta tulee laminaarinen. Tämä tarkoittaa, että väliaineen eri kerrokset liikkuvat suhteessa toisiinsa oikeassa järjestyksessä. Nopeusjakauma laminaarikerrosten välillä on yleensä parabolinen.
Kun Re≥4000, inertiavoimat hallitsevat virtaavan väliaineen käyttäytymistä ja virtauksesta tulee turbulenttinen, jolloin hiukkaset liikkuvat satunnaisesti virtauksen poikki. Nopeuden jakautuminen turbulentin virtauksen kerroksessa muuttuu hajanaiseksi.
Kriittisellä alueella välillä Re≤2000 ja Re≥4000 virtausolosuhteet ovat määrittämättömät, joko laminaariset, turbulentit tai molempien yhdistelmä. Olosuhteisiin vaikuttavat mm. putken pinnan tasaisuus tai muiden häiriöiden esiintyminen. Virtauksen käynnistäminen putkessa edellyttää tiettyä paine-eroa putken ja liittimien kitkan voittamiseksi. Paine-eron suuruus riippuu putken halkaisijasta, pituudesta ja muodosta sekä pinnan sileydestä ja Reynolds-luvusta.
Mikä on Joule Thomson -efekti?
Kun ideaalikaasu virtaa kuristimen läpi vakiopaineella ennen kuristinta ja sen jälkeen, lämpötila pysyy vakiona. Painehäviö kuitenkin tapahtuu kuristimen yli, kun sisäinen energia muunnetaan liike-energiaksi. Siksi lämpötila laskee. Todellisissa kaasuissa tämä lämpötilan muutos muuttuu pysyväksi, vaikka kaasun energiasisältö pysyy vakiona. Tätä kutsutaan Joule-Thomson-efektiksi. Lämpötilan muutos vastaa kuristuksen paineen muutosta kerrottuna Joule-Thomson-kertoimella.
Jos virtaavan väliaineen lämpötila on riittävän alhainen (≤+329 °C ilmalle), lämpötila laskee kuristimen yli, mutta jos virtaava väliaine on kuumempi, lämpötila nousee. Tätä ehtoa käytetään useissa teknisissä sovelluksissa, esimerkiksi kylmätekniikassa ja kaasujen erottamisessa.
Aiheeseen liittyvät artikkelit
Miten lämpö siirtyy?
25 huhtikuuta, 2022
Paineilman toiminnan ymmärtämisessä yksinkertainen johdatus fysiikkaan voi olla suureksi avuksi. Lue lisää termodynamiikasta ja sen merkityksestä ilmakompressorien toiminnan ymmärtämisessä.
Kaasujen tilan muutokset
18 helmikuuta, 2022
Paineilman toiminnan ymmärtämiseksi fysiikan perusteet voivat viedä pitkälle. Lue lisää termodynamiikasta ja sen merkityksestä ilmakompressorien toiminnan ymmärtämisessä.