بررسي اثر ژول - تامسون در گازهاي كرايوژنيك با استفاده از معادله حالت واندروالس

Joule-thomson effect investigation on cryogenic gases by using Van der Waals equation of state

هر رابطه رياضي بين فشار، حجم و دماي يك سيال، به طور متداول معادله حالت ناميده ميشود. توانايي پيش‌بيني دقيق اين قبيل معادلات، در كاربردهاي مهندسي بسيار مورد توجه قرار گرفته‌است. پيشبيني منحني وارونگي ژول - تامسون به عنوان يك تست معتبر براي معادلات حالت شناخته شده‌است. تعيين تجربي منحني وارونگي نيازمند اندازه‌گيري بسيار دقيق خواص حجمي در شرايط 5 برابر دماي بحراني و 12 برابر فشار بحراني مي‌باشد. در مقاله حاضر براي پيش‌بيني منحني وارونگي ژول –‌‌ تامسون از معادله حالت واندروالس استفاده شده‌است. روابط فشار - حجم - دماي (PVT) گازهاي كرايوژنيك هوا، هليم، هيدروژن، نئون، نيتروژن و اكسيژن براي مطالعه رفتار فرايند آنتالپي ثابت ژول -تامسون و به ويژه منحني وارونگي استفاده شده‌است. نتايج نشان مي‌دهد كه براي گازهاي هليم، نئون و هيدروژن ماكزيمم دماي وارونگي كمتر از دماي محيط است بنابراين اين گازها در شرايط محيط دراثر عبور از شير ژول – تامسون خنك نمي‌شوند. ولي گازهاي هوا، نيتروژن و اكسيژن را مي‌‌توان در شرايط محيط با عبور از شير ژول - تامسون خنك كرد.

Any mathematical relationship between fluid’s pressure, volume and temperature commonly will be called equation of state. Now days there’s a special attention to the prediction ability of these equations in engineering applications. Prediction of Joule-Thomson inversion curve has been recognized as a valid rest for EOS equation of state. Inversion curve’s experimental determination needs an accurate measurement about volumetric specification in the condition of 5 times of critical temperature and 12 times of critical pressure. In the upcoming article, we use van der Waals equation to predict the joule-Thomson inversion curve. In this essay PVT relationships for cryogenic gasses have been used for studying the behavior of joule-Thompson’s constant enthalpy process and inversion curve. The result shows that for gasses like helium, neon and hydrogen the maximum inversion temperature is lower than ambient temperature so in ambient temperature, these gasses can’t be cooled by passing through joule-Thomson valve. But gasses like air, nitrogen and Oxygen can be cooled by this method.