高圧ガス製造保安責任者 乙種機械 学識 練習問題 第18問: 気体を弁で絞って膨張させる絞り膨張について、誤っているものはどれか。

「理想気体を断熱的に絞り膨張させると…温度が下がる」が誤りです。絞り膨張は、熱の出入りも外部への仕事もない流れの変化で、弁の前後でエンタルピーが等しい等エンタルピー変化です。

理想気体のエンタルピーの変化は Δh＝cp×ΔT で温度だけで決まるので、エンタルピーが等しければ温度も変わりません。可逆断熱膨張では気体が外部に仕事をして温度が下がりますが、絞り膨張では仕事をしないので、この 2 つは別の変化です。

「弁の前と後で気体のエンタルピーは等しい」は正しい記述です。「実際の弁での絞りは…ふつう断熱とみなす」も正しく、現実の絞りにはわずかな熱の出入りがありますが、理想化して断熱として扱います。

「比体積が大きくなるので…流速が大きくなる」は、質量流量＝密度×断面積×流速が一定であることから正しい記述です。「流体が抑えられずに膨張する不可逆な変化」も正しく、抑えのない膨張は摩擦などと並ぶ不可逆の代表的な原因で、絞り膨張ではエントロピーが増えます。

理想気体を絞り膨張させても、エンタルピーとともに温度も変わりません。