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1、制冷技術(shù)：氣體絕熱節(jié)流膨脹制冷2010/11/39:09:15 機(jī)房360 閱讀：6 發(fā)表評論 【大?中?小】????節(jié)流是高壓流體氣體、液體或氣液混合物)在穩(wěn)定流動中，遇到縮口或調(diào)節(jié)閥門等阻力元件時由于局部阻力產(chǎn)生，壓力顯著下降的過程。節(jié)流膨脹過程由于沒有外功輸出，而且工程上節(jié)流過程進(jìn)行得很快，流體與外界的熱交換量可忽略，近似作為絕熱過程來處理。???1、絕熱節(jié)流過程???節(jié)流是高壓流體氣體、液體或氣液混合物)在穩(wěn)定流動中，遇到縮口或調(diào)節(jié)閥門等阻力元件時由于局部阻力產(chǎn)生，壓力顯著下降的過程。節(jié)流膨脹過程由于沒有外功輸出，而且工程上節(jié)
2、流過程進(jìn)行得很快，流體與外界的熱交換量可忽略，近似作為絕熱過程來處理。根據(jù)穩(wěn)定流動能量方程:???δq=dh+δw(2.1)???得出絕熱節(jié)流前后流體的比焓值不變，由于節(jié)流時流體內(nèi)部存在摩擦阻力損耗，所以它是一個典型的不可逆過程，節(jié)流后的熵必定增大。???絕熱節(jié)流后，流體的溫度如何變化對不同特性的流體而言是不同的。對于任何處于氣液兩相區(qū)的單一物質(zhì)，節(jié)流后溫度總是降低的。這是由于在兩相區(qū)飽和溫度和飽和壓力是一一對應(yīng)的，飽和溫度隨壓力的降低而降低。對于理想氣體，焓是溫度的單值函數(shù)，所以絕熱節(jié)流后焓值不變，溫度也不變。對于實(shí)際氣體，焓是溫度和壓力
3、的函數(shù)，經(jīng)過絕熱節(jié)流后，溫度降低、升高和不變3種情況都可能出現(xiàn)。這一溫度變化現(xiàn)象稱為焦耳-湯姆遜效應(yīng)，簡稱J-T效應(yīng)。???2、實(shí)際氣體的節(jié)流效應(yīng)???實(shí)際氣體節(jié)流時，溫度隨微小壓降而產(chǎn)生的變化定義為微分節(jié)流效應(yīng)，也稱為焦耳-湯姆???遜系數(shù):???αh=(ɑT/ɑp)2.2)???αh>0表示節(jié)流后溫度降低，αh<0表示節(jié)流后溫度升高。當(dāng)壓降(P2-P1)為一有限數(shù)值時，整個節(jié)流過程產(chǎn)生的溫度變化叫做積分節(jié)流效應(yīng)：???ΔTh=T2-T1=p2p1αhdp(2.3)???理論上，可以使用熱力學(xué)基本關(guān)系式推算出αh的表達(dá)式進(jìn)行分析。有焓的特
4、性可知：???dh=cpdT-[T(αv/aT)p-v]dp(2.4)???由于焓值不變，dh=0，將上式移項(xiàng)整理可得：???αh=(αT/αp)h=1/cp[T(αv/αT)p-v](2.5)???由式(2.3)可知，微分節(jié)流效應(yīng)的正負(fù)取決于T(αv/aT)p和v的差值。若這一差值大于0，則αh>0節(jié)流時溫度降低;若等于0則αh=0，節(jié)流時溫度不變;若小于0則αh<0，節(jié)流時溫度升高。???從物理實(shí)質(zhì)出發(fā)，可以用氣體節(jié)流過程中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系來解釋著三種情況的出現(xiàn)，由于節(jié)流前后氣體的焓值不變，所以節(jié)流前后內(nèi)能的變化等于進(jìn)出推動功的差值：??
5、?u2-u1=p1v1-p2v2???氣體的內(nèi)能包括內(nèi)動能和內(nèi)位能兩部分，而氣體溫度是降低、升高、還是不變，僅取決于氣體內(nèi)動???能是減小、增大、還是不變。因氣體節(jié)流后壓力總是降低，比容增大，其內(nèi)位能總是增大的。由于實(shí)際氣體與玻義耳定律存在偏差，在某個溫度下節(jié)流后，pv值的變化可能有以下3種情況:???①p1v1???②p1v1=p2v2時u2=u1即節(jié)流后內(nèi)能不變。此時，內(nèi)位能的增加等于內(nèi)動能的減少，節(jié)流后氣體溫度仍然降低。???③p1v1>p2v2時u2>u1即節(jié)流后內(nèi)能增大。此時，若內(nèi)能的增加小于內(nèi)位能的增加，則內(nèi)動能是減小的，溫度仍
6、是降低;若內(nèi)能的增加大于內(nèi)位能的增加，則內(nèi)動能必然要增大，溫度要上升。?????由以上分析可知，在一定壓力下，氣體具有某一溫度時，節(jié)流后滿足p1v1>p2v2且pv值的減少量恰好補(bǔ)足了內(nèi)位能的增量，這時節(jié)流前后溫度不變，即微分節(jié)流效應(yīng)等于0，這個溫度稱為轉(zhuǎn)化溫度，以Tinv表示。???轉(zhuǎn)化溫度的計(jì)算和變化關(guān)系可根據(jù)式(2.5)，令αh=0得到。下面利用范得瓦爾方程予以分析。2a/9Rb(2±)???將范德瓦爾方程p=RT/v-b-a/v2在等壓下對Ti求導(dǎo)得出(αv/αT)p后代入式(2.5)得：???Αh=(αv/αT)h=(1/cp)(
7、2a(1-b/v)2-RbT)/(RT-2a/v(1-b/v)2)(2.6)???當(dāng)αh=0時，氣體溫度即為轉(zhuǎn)化溫度。與范德瓦爾方程聯(lián)立求解得：???Tinv=2a/9Rb(2±√1-(3b2/a)p)2(2.7)???式(2.7)表示的轉(zhuǎn)化溫度和壓力的函數(shù)關(guān)系在坤圖上為一連續(xù)曲線，稱為轉(zhuǎn)化曲線。如圖2.11所示，虛線是按式(2.7)計(jì)算得到，實(shí)線是通過實(shí)驗(yàn)得到。二者的差別是由范德瓦爾方程在定量上的不準(zhǔn)確引起的。???轉(zhuǎn)化曲線存在一個最大轉(zhuǎn)化壓力pmax。當(dāng)p>pmax時，不存在轉(zhuǎn)化溫度;當(dāng)p=pmax時，只有一個轉(zhuǎn)化溫度;當(dāng)p0，節(jié)流后產(chǎn)
8、生冷效應(yīng)。從式(2.7)和圖2.11中還可以得出p=0對應(yīng)氣體的最大轉(zhuǎn)化溫度Tmax。表2.5列出了多種氣體的最大轉(zhuǎn)化溫度。對于大多數(shù)氣體，如02，N2，，CO，空氣等，最大轉(zhuǎn)化
