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绝热节流

/adiabatic throttling/
条目作者吴晓敏

吴晓敏

最后更新 2023-12-22
浏览 172
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在流体与外界没有热交换的情况下,流体流经阀门、缩孔或多孔堵塞物时,其压力降低的流通过程。

英文名称
adiabatic throttling
所属学科
机械工程

管道中的流体流过截面突然缩小的阀门、狭缝及孔板等后压力降低的现象,称为节流,若在此过程中与外界的热交换可以忽略不计,则称为绝热过程。大多数的节流过程热交换可以忽略不计。由于绝热节流过程,工质与外界没有热量及功的交换,若忽略动能及位能变化时,则由热力学第一定律可得绝热节流前后工质的焓值不变。但是由于节流过程中的摩擦和扰动等的耗散效应,使得绝热节流后工质的熵增加,即绝热节流是个典型的不可逆过程。因此绝热节流前后工质的焓值不变,但并非等焓过程。

焦耳-汤姆孙系数是表征绝热节流后工质温度变化特点的参数,其数学表达式为。因为绝热节流后工质的压力总是降低的,所以如果焦耳-汤姆孙系数为正值,则表示绝热节流后工质温度降低,称为节流冷效应;若为负值,则温度升高,称为节流热效应;如为零,则温度不变,称为零效应。当节流前后压力的变化为一有限的数值时,其相应的温度变化则叫做节流的积分效应。

利用麦克斯韦关系式等可推得焦耳-汤姆孙系数与以及定压比热容相关,。可见,可以由的关系确定流体的定压比热容;反之,或由的关系,确定

下图为不同焓值下绝热节流过程的关系。从几何上看,焦耳-汤姆孙系数有明确的物理含义,代表图中定焓线的斜率。但图中的定焓线并不代表绝热节流的过程线,只反映从初态经绝热节流后其终态的轨迹,即其焓值与初态的相同。因此,绝热节流后的终点,由于压力降低在图上将沿定焓线落在初态的左侧。由图可见,对于一种给定的真实流体,在某范围内,为负;而在另一范围内,为正;在这两个范围之间,处,此点称为转化点。所有转化点即的轨迹称为转化曲线或反转曲线,如图中虚线所示。转化点的温度称为转化温度。显然,转化曲线的方程可用表示。此状态的工质温度叫做反转温度。反转温度的概念对于通过绝热节流制冷或气体液化技术有重要意义。如图所示对于给定的流体,反转温度随压力变化,一个压力一般对应两个反转温度——上反转温度和下反转温度;而节流冷效应发生在两个反转温度之间,但下反转温度多半非常低,热力工程中很少遇到。

图1 绝热节流的T-p关系

对于理想气体,绝热节流后温度总是不变,即为零。这是因为理想气体的焓只与温度相关。

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