Криогенное охлаждение при дросселировании воздуха. В чём суть «эффекта Джоуля-Томпсона»?

В детстве, можно сказать, провел научный эксперимент: что будет если просверлить дырочку в газовом баллончике (который тогда использовался для газировки, а сейчас для пневмопистолетов) - выходящая струя газов мгновенно заморозила баллончик так, что в руке было невозможно держать.

Так вот как это называется, дросселирование?

Теоретическое объяснение процесса медленного и плавного «изотермического расширения-сжатия» по КТГ противоречит математической логике, ведь сложение бесконечно малых приращений за бесконечно длительное время приводит  к весьма значительным изменениям  температуры при сколь угодно медленном расширение. (см.рис.5.)

Вы опять героически победили воздвигнутое вами же соломенное чучело.

Изотермический процесс по определению происходит при постоянной температуре газа (или при таком изменении температуры, которым можно пренебречь), и никаких "значительных изменений температуры" там не происходит: иначе процесс, ВНЕЗАПНО, не изотермический. Для обеспечения постоянной температуры к газу подводится (при расширении) или отводится (при сжатии) тепло, и его температура остаётся постоянной.

Ведь стенки сосуда сдвигаются без затрат энергии на преодоление сопротивления газа

Вы забыли про закон сохранения импульса.

Если поршень (подвижная стенка) движется, то скорость молекулы после соударения в системе отсчёта неподвижной стенки будет выше, чем до соударения - примерно как теннисный мяч после удара движущейся ракеткой увеличивает скорость. Сама же ракетка-поршень при этом тормозится, и для поддержания её скорости нужно постоянно прикладывать энергию. Эта энергия и есть затраты на сжатие газа. Увеличение же скорости молекулы - это и есть нагрев газа, поэтому газ при сжатии нагревается. Для того, чтобы процесс стал изотермическим, нужно постоянно отводить энергию от газа, и для идеального газа отведенная от газа энергия будет равна той, что подведена к поршню.

В модели СТГ любое изменение объёма сосуда с газом в термоизолированной системе должно сопровождаться изменением температуры

Как определяется температура в СТГ? Не с смысле "как измеряется", а в смысле что это такое, каково её определение.

 А как же адиабатические процессы в ДВС?

Или ДВС не совершают полезной работы?

Адиабатический процесс - это такой процесс, в котором не происходит передачи тепла между газом и окружающей средой. Работа газа же при этом не обязана быть нулевой - по сути, газ отдаёт свою энергию (потраченную на увеличение его давления) в поршень.

Схема протекания воздуха под давлением через пористые материалы.

А вот я смотрю на эту схему и вижу ещё одну возможность экспериментально проверить СТГ. Метод очень простой.

Итак, по СТГ вокруг каждой молекулы газа существует поле, которым молекула отталкивается от твёрдых тел. При этом по КТГ никакого поля нет, и молекула взаимодействует с телами только путём соударения.

Если я правильно понял СТГ - размер этого поля зависит от давления, т. е. от количества других молекул, которые своими полями передавливают друг друга (рисунок 6 в статье). То есть, чтобы СТГ-молекула просочилась в отверстие, она должна своим полем "протиснуться" в него.

Отсюда - простой эксперимент. Берём набор сосудов с отверстиями разного диаметра и закачиваем туда газ под одним и тем же давлением. Открываем отверстия в вакуум. По КТГ давление будет падать по экспоненте, потому что всё меньше и меньше молекул будет вылетать в единицу времени, но минимального предела давления нет. По СТГ же в каждом сосуде установится некое давление, зависящее от диаметра отверстия, после чего поля расширятся до размеров отверстия, и молекулы перестанут вылетать.

Я даже могу вам подсказать, что покажет этот эксперимент.

Джоуль-Томпсон используется при производстве СПГ (LNG). Многократно метан компремируют, а потом через клапан (он так и называется Клапан Джоуля-Томпсона) дросселируют газ. Очень упрощённо конечно объяснил. А от воды метан чистят в ёмкостях с молекулярными ситами , очень упрощённо это кошачий наполнитель :)