什么叫节流.doc

什么叫节流？为什么节流后流体温度一般会降低？答：由于流动遇到局部阻力而造成压力有较大降落的过程，称为“节流”在节流过程中，流体既未对外输出功，又可看成是与外界没有热交换的绝热过程，根据能量守恒定律，节流前后的流体内部的总能量（焓）应保持不变，但组成焓的三部分能量：动能、位能、流动能,在节流后是有变化的。当节流由于压力降低，气体体积膨胀，分子间距离增大，则使分子相互作用的位能增加。一般情况下，流动能的变化相对较大，因此，位能的增加会造成动能的减少，而分子运动动能的大小表现为物体温度的高低。节流后动能减少，所以一般情况下，气体温度总是降低，在空分装置中遇到的均为此种情况。什么叫节流？为什么节流后流体温度一般会降低？当气体或液体在管道内流过一个缩孔或一个阀门时，流动受到阻碍，流体在阀门处产生漩涡、碰撞、摩擦。流体要流过阀门，必须克服这些阻力，表现在阀门后的压力P2比阀门前的压力P1低得多。这种由于流动遇到局部阻力而造成压力有较大降落的过程，通常称为“节流过程”。实际上，当流体在管路及设备中流动时，也存在流动阻力而使压力有所降低。但是，它的压力降低相对较小，并且是逐渐变化的。而节流阀的节流过程压降较大，并是突然变化的。在节流过程中，流体既未对外输出功，又可看成是与外界没有热量交换的绝热过程，根据能量守恒定律，节流前后的流体内部的总能量(焓)应保持不变。但是，组成焓的三部分能量：分子运动的动能、分子相互作用的位能、流动能的每一部分是可能变化的。节流后压力降低，质量比容积增大，分子之间的距离增加，分子相互作用的位能增大。而流动能一般变化不大，所以，只能靠减小分子运动的动能来转换成位能。分子的运动速度减慢，体现在温度降低。当气体节流后，由于压力降低，气体体积膨胀，分子间的距离增大，分子间的位能增加，相应的动能减小，而分子的动能大小可反映出温度的高低，所以，一般情况下，气体节流后温度总是有所降低。并不是所有流体节流膨胀后会降温的。比如氢气会升温。用气态方程解释节流过程是不合适的，因为气态方程的表达中，没有考虑能量的变化，而温度的升高与降低，是与物质的能量相关的。对于大部分气体，由于节流过程是一个减压膨胀过程，这时气体通过膨胀对外作功，体系内能降低，温度也就下降了。对于分子量非常小的气体，则不适用此解释。对于气体来说：节流的温度升高还是降低，跟焦耳汤姆逊系数有关，跟目前的状态有关（P，V）；即气体节流温度降低和升高要看节流前气体状态。如氢气和氦气，节流后温度增加的。所以氢气的泄露危险性比较高的原因也是因为这样。因为氢气节流温度升高产生火焰或者爆炸。气体流过节流阀前后，气体的压力、温度、流速、密度是怎样变化的。众所周知，节流后流体压力必定降低，但温度、流速以及密度估计很少有人关心，首先说温度，根据热力学原理，压缩放热，膨胀吸热，也就是流体压力增高其本身的温度也要升高，要向外释放热量，压力降低，本身温度降低，要吸收外界热量，对于气体尤为明显，因此节流后，气体的温度会降低，对于常温下的气体，经过较大程度的节流后，压降大则温度降低的多，现场常会发现节流后的气体管线有结霜现象，就是这个道理。再说流速的变化情况，对于液体，因可以忽略其压力变化对体积造成的影响，流量一定的情况下，流速是与管径，也就是流道面积决定的，如果节流阀前后管径相同，则流体流速应该不变，对于气体则不然，由于气体的压力变小、体积必然增大也就是在此压力下的相对流量要增大(实际流量肯定是不变的)，因此其节流后的流速增大，在节流后压力下的体积增大，密度必然减小，这就是气体流经节流阀前后参数的变化，即：压力降低、温度降低、流速增大、密度减小。节流膨胀定义节流膨胀（Throttling Expansion）较高压力下的流体（气或液）经多孔塞（或节流阀）向较低压力方向绝热膨胀过程。节流阀节流膨胀原理高压气体经过小孔或阀门受一定阻碍后向低压膨胀的过程。1852年，焦耳和汤姆逊设计了一个节流膨胀实验，使温度为T1的气体在一个绝热的圆筒中由给定的高压p1经过多孔塞(如棉花、软木塞等)缓慢地向低压p2膨胀。多孔塞两边的压差维持恒定。膨胀达稳态后，测量膨胀后气体的温度T2。他们发现，在通常的温度T1下，许多气体(氢和氦除外)经节流膨胀后都变冷(T2T1)。如果使气体反复进行节流膨胀，温度不断降低，最后可使气体液化。至今节流膨胀仍是工业上液化气体的一个重要方法。例如林德(Linde)法。根据热力学原理，在焦耳-汤姆逊实验(Joule-Thomsens experiment)中系统对环境做功-W=p2V2-p1V1，V1及V2分别为始态和终态的体积。Q=0，故U=-(p2V2-plV1)；U2 p2V2=U1 p1V1；即H2=H1。所以焦耳-汤姆孙实验(简称焦汤实验)的热力学实质是焓不改变，或者说它是一个等焓过程(isenthalpic process)。鉴于1843年,焦耳的自由膨胀实验不够精确,1852年焦耳和汤姆逊设计了一个节流膨胀实验来观察实际气体在膨胀时所发生的温度变化。实验如下：在一个圆形绝热筒的中部,置有一个刚性的多孔塞,使气体通过多孔塞缓慢地进行节流膨胀,并且在多孔塞的两边能够维持一定的压力差,实验时,将压力和温度恒定为p1和t1的某种气体,连续地压过多孔塞,使气体在多孔塞右边的压力恒定为p2,且p1p2.由于多孔塞的孔很小,气体只能缓慢地从左侧进入右侧,从p1到p2的压力差基本上全部发生在多孔塞内,由于多孔塞的节流作用,可保持左室p1部分和右室低压p2的部分压力恒定不变,即分别为p1与p2.这种维持一定压力差的绝热膨胀过程叫做节流膨胀。折叠编辑本段焦耳-汤姆逊系数不同气体在大气压下的焦耳汤姆逊系数不同气体在大气压下的焦耳-汤姆逊系数，如左图。焦耳-汤姆逊（开尔文）系数可以理解为为在等焓变化的节流膨胀中（或是焦耳-汤姆逊作用下）温度随压力变化的速率。表达式如下：V表示气体体积；Cp表示该气体的等压热容；表示该气体的热膨胀系数。JT的国际单位是K/Pa，通常用C/bar。当J.T是正数是，则气体降温，反之则升温。大气压下焦耳汤姆逊效应中氦气和氢气通常为升温性质的气体，而大多数气体则是降温，对于理想气体焦耳汤姆逊系数为零，在焦耳汤姆逊效应中既不升温也不降温。下面我们来推导这个表达式：前提一：焦耳汤姆逊效应是一个绝热不可逆过程容易推导得出这是一个等焓过程，则dH=O。前提二：由基础热力学关系式（将dS用dT和dP表示），则推导：由于所以上式可以写成：再通过Maxwell关系变化式：则可得到：于是可得：It is easy to verify that for an ideal gas the thermal expansion coefficient is 1 / T, and so an ideal gas does not experience a Joule-Thomson effect. This is important: the cooling of a gas by pure isentropic expansion is not Joule-Thomson cooling, although it is sometimes erroneously called J-T cooling by some laboratory practitioners.根据气体焦耳-汤姆逊效应，气体节流前压力不能大于最大转化压力，且上下转化温度之间，节流才有温降，否则是温升的或温度不变，氢气、氦气的上下转化温度很低的分子间距离增大，分子势能如何变化？为什么？分子间的距离有一个特殊值（即十倍的分子半径），距离小于这个值时分子势能随距离增加而减小；大于这个值时增大。因为距离小时分子间作用力表现为斥力，距离增大，斥力做功，分子动能增加，分子间势能减小（能量守恒）；距离大时表现为引力，距离增大，引力做负功，动能减小，势能增大分子势能分子间由于存在相互的作用力，从而具有的与其相对位置有关的能。其变化情况要看分子间作用力。分子间作用力分为斥力和引力.在平衡位置时相对平衡，小于平衡位置时表现为斥力,大于平衡位置时表现为引力但无论何时，引力与斥力都是同时存在的。分子动能?物体内部大量分子做无规则运动所具有的能量叫分子动能。主要有物体的温度、体积、质量。物体的温度发生变化时，其内部分子的运动速度大小也发生变化，所以分子的动能发生变化;物体的温度、状态、