Drosselvorgänge

Drosselvorgänge bezeichnet in der Thermodynamik den Prozess, bei dem ein Fluid durch eine Drosselung, etwa eine Ventil-, Kapillar- oder Engstellen, strömt und dabei ein Druckabfall entsteht, ohne dass dabei externe Arbeit verrichtet oder Wärme übertragen wird. Der zentrale Charakteristikum dieses Prozesses ist die Isenthalpie; die Enthalpie des Fluids bleibt vor und nach der Drossel annähernd konstant.

In der technischen Beschreibung gilt eine Energiebilanz über einen geschlossenen Stoffstrom: h1 + v1^2/2 + gz1 = h2 + v2^2/2 + gz2, wobei h die Enthalpie, v die Geschwindigkeit, g die Erdbeschleunigung und z die Höhe sind. Üblicherweise werden Änderungen der kinetischen und potenziellen Energie vernachlässigt, sodass h1 ≈ h2 gilt. Dadurch ist die Temperaturänderung stark vom Verhalten des realen Gases abhängig.

Bei idealen Gasen bleibt die Temperatur während einer Drosselung konstant, da die Enthalpie h = cp·T ist und h sich nicht ändert. Bei realen Gasen kann sich jedoch die Temperatur ändern, was durch den Joule-Thomson-Koeffizienten μJT = (∂T/∂P)_H beschrieben wird. Ist μJT positiv, kühlt das Gas bei Druckabfall; ist μJT negativ, erwärmt es sich. Die Vorzeichen und das Ausmaß hängen von Temperatur, chemischer Zusammensetzung und Druckbereich ab.

Anwendungen finden sich in Kühlung und Refrigeration, der Abgas- oder Gasverarbeitung, sowie in der Lagerung und dem Transport verflüssigter Gase. Drosselvorgänge sind typischerweise isenthalpisch, aber nicht isentrop, und liefern meist keine Arbeit.