ضریب ژول تامسون

یکی از فاکتورهای مهم در طراحی و ساخت درایرهای تبریدی و سیکل‌های خنک کننده و همچنین واحدهای سرما ساز ضریب ژول تامسون گاز مورد استفاده در فرآیند می‌باشد که در زیر به طور مختصر در مورد این فاکتور توضیح داده می‌شود.

ضریب ژول تامسون چیست

به مقدار نسبت تغییرات دمای ایجاد شده در اثر به وجود آمدن تغییرات فشار (کاهش ناگهانی فشار) هنگام عبور سیال گازی فشرده شده از یک شیرفشارشکن، لوله موئی یا دریچه متخلخل در صورت عدم تبادل گرما (فرایند آدیاباتیک)، ضریب ژول تامسون گفته می‌شود. که با µ نمایش داده می‌شود.

ضریب ژول تامسون(µ) = [T₂ – T₁] / [P₂ – P₁]

به زبان ساده اگر فشار گازی بالا باشد یا اینکه توسط یک کمپرسور فشار گازی را افزایش دهیم و سپس بر اثر عبور از یک شیراختناق یا لوله موئی یا هر تجهیزی که بتواند افت فشار ایجاد کند این فشار را کاهش ناگهانی بدهیم این کاهش فشار عمدتاً به همراه خود کاهش دما را به همراه خواهد داشت و این بدین معنی می‌باشد که این ضریب مقدار مثبتی دارد. در بعضی مقادیر فشاری بالا و یا دمائی بالا این ضریب عدد منفی می‌باشد یعنی کاهش ناگهانی فشار، افزایش دما را ایجاد خواهد نمود ( به نمودار مراجعه شود).

اگر تغییر دمایی که ایجاد می‌شود را تقسیم بر تغییر فشاری که اعمال کردیم کنیم به عدد بدست آمده ضریب ژول تامسون گفته می‌شود. همانگونه که توضیح داده شد این ضریب می‌تواند مثبت و یا منفی باشد که در سیکل‌های سرماساز از گازهائی استفاده می‌شود که دارای ضریب مثبت باشند.

نمودار 1 : تغییرات ضریب ژول تامسون

همانگونه که در نمودار 1 مشخص است در ناحیه رنگی ضریب ژول تامسون مثبت است که فشار و دمای طراحی جهت سیکل سرماساز می‌بایستی در این ناحیه قرار داشته باشد همچنین در خارج از این ناحیه این ضریب منفی می‌باشد با توجه به خطوط آدیاباتیک، مشخص است که در این ناحیه شیب خطوط منفی است که این بدین معنی است که ضریب منفی می‌باشد.

این ضریب برای تمام گازهای موجود در دنیا برقرار می‌باشد. هرگازی که دارای ضریب بالائی باشد به این معنی است که آن گاز در تغییرات فشاری کم، تغییرات دمایی بالائی دارد. به عنوان مثال ضریب ژول تامسون گاز نیتروژن 2.15 است در صورتی که برای گاز CR407 در حدود 4.3 می‌باشد.

یعنی اگر فرض کنیم فشار گاز نیتروژن را توسط کمپرسور تا 20 بار بالا ببریم، دمایش 65 درجه سانتی گراد باشد و سپس توسط یک لوله موئی یا شیر فشار شکن به 10 بار برسانیم با توجه با اینکه 10 بار فشار افت پیدا کرده است:

2.15×10=21.5

21.5 درجه سانتی گراد دمای گاز نیتروژن کاهش پیدا می‌کند. یعنی دما 21.5 درجه کمتر شده و به 43.5 درجه سانتی گراد خواهد رسید.

حال اگر دقیقاً همین تغییرات فشاری را برای گاز R407C ایجاد کنیم، یعنی این گاز را داخل کمپرسور تا 20 بار فشارش را بالا ببریم دمایش تقریباً 50 درجه سانتی گراد می‌شود و در ادامه توسط یک لوله موئی یا شیر فشار شکن به 10 بار برسانیم با توجه با اینکه 10 بار فشار افت پیدا کرده است نتیجه می‌گیریم:

4.3×10=43

حدود 43 درجه سانتیگراد دما کاهش پیدا می‌کند و به 7 درجه سانتی گراد خواهد رسید. یعنی 2 برابر کاهش دما نسبت به گاز نیتروژن در شرایط تغییر فشار یکسان.

به همین دلیل یکی از آیتم‌های انتخاب گاز در درایرهای تبریدی یا سیکل‌های خنک کننده بالا بودن ضریب ژول تامسون آن گاز می‌باشد.