气体流动过程thermodynamics of onedimensional steady flow of GasPPT课件

1、气体的流动过程气体的流动过程（thermodynamics of one-dimensional steady flow of gas） 11/22/20212 流体在管道中流动时与外界的热交换往往可以忽略，也不对外流体在管道中流动时与外界的热交换往往可以忽略，也不对外输出轴功，而且常可视为稳态稳流装置。以下本章将主要讨论定输出轴功，而且常可视为稳态稳流装置。以下本章将主要讨论定比热容理想气体在管道中作绝热稳态稳流时的热力学状态变化与比热容理想气体在管道中作绝热稳态稳流时的热力学状态变化与宏观流动状况（流速、流量）变化之间的关系。宏观流动状况（流速、流量）变化之间的关系。 11/22/2021

2、31 一元稳定流动的基本方程一元稳定流动的基本方程 连续性方程连续性方程 稳态稳流时，任何一段管道内流进和流出的流体流量相等稳态稳流时，任何一段管道内流进和流出的流体流量相等 管道中的一维稳定流动管道中的一维稳定流动a1a2c1c212121m 2m 21mm vacm 由于由于 222111vcavca式中式中 a管道的截面积管道的截面积 c 流体的流速；流体的流速；v 流体比体积流体比体积 考虑到稳态稳流的特性，对管道的任一截面考虑到稳态稳流的特性，对管道的任一截面 常数ivcaiiccvvaaddd连续性方程连续性方程微分形式微分形式11/22/20214能量方程能量方程 根据稳态稳流的

3、能量方程根据稳态稳流的能量方程s12212212)()(21)(wzzgcchhq对于绝热、不作轴功、忽略重力位能的稳态稳流情况对于绝热、不作轴功、忽略重力位能的稳态稳流情况2222112121chch常数2ii21ch可见，相对管道中的任意两个截面而言可见，相对管道中的任意两个截面而言若气流的焓若气流的焓 h，则流速，则流速c；反之，若气流的焓反之，若气流的焓h，则流速，则流速c 11/22/20215过程方程过程方程 对于状态连续变化的定比热容理想气体可逆绝热流动过程对于状态连续变化的定比热容理想气体可逆绝热流动过程 ppkvvd1d常数kpv 水蒸气也借用该式作近似计算水蒸气也借用该式作

4、近似计算 但但k不再具有热容比不再具有热容比(cp / cv)的含义，为经验值：的含义，为经验值： 过热水蒸气过热水蒸气 k = 1.3 干饱和水蒸气干饱和水蒸气 k = 1.135 干度为干度为x的湿蒸汽的湿蒸汽 k = 1.035 + 0.1x 11/22/20216过程方程过程方程 ppkvvd1dccvvaaddd连续性方程连续性方程能量方程能量方程 常数2ii021chh小结小结稳态稳流、绝热、不作轴功、不计重力位能的管道流动稳态稳流、绝热、不作轴功、不计重力位能的管道流动对水蒸气对水蒸气k为经验值为经验值常数；ivcaii021dcdh常数kpv11/22/202172 音速和马赫

5、数音速和马赫数 音速音速 通常所说的音速指声波在空气中的传播速度通常所说的音速指声波在空气中的传播速度 音速不是固定的，与传播介质的音速不是固定的，与传播介质的物性物性、热力状态热力状态有关有关对理想气体，音速只与温度有关对理想气体，音速只与温度有关kpvtkrag对实际气体音速对实际气体音速a不仅与温度不仅与温度t 有关，还与气体的压力有关，还与气体的压力p或比体积或比体积v有关有关 水蒸气水蒸气中的音速也借用上式计算，其中的中的音速也借用上式计算，其中的k值按前述值按前述经验值经验值选取选取 流道中气体热力学状态不断变化，沿程不同截面上音速各不相流道中气体热力学状态不断变化，沿程不同截面上

6、音速各不相同，对特定截面一般都强调为同，对特定截面一般都强调为“当地音速当地音速”。 11/22/20218ssvpvpa2等熵过程中等熵过程中dd0pvpvsppvv 所以所以pva11/22/20219注意：注意：1）声速是状态参数，因此称当地声速。声速是状态参数，因此称当地声速。 如空气，如空气，2） 马赫数马赫数 (mach number)1ma （subsonic velocity）（supersonic velocity）（sonic velocity）亚声速亚声速1ma 声速声速1ma 超声速超声速acma 0 =331.2m/s-20 =318.93m/s20 =343m/sa

7、aa11/22/202110 流速改变与压力变化的关系流速改变与压力变化的关系 对于流体可逆流动，过程的技术功可表达为对于流体可逆流动，过程的技术功可表达为s2tddd21ddwzgcpvw3 促使流速改变的条件促使流速改变的条件 工程上常有将气流加速或加压的要求。例如：工程上常有将气流加速或加压的要求。例如： 利用利用喷管喷管将蒸汽流加速，冲动汽轮机的叶轮作功；将蒸汽流加速，冲动汽轮机的叶轮作功； 喷气式发动机则利用喷管将气流加速后喷出，产生巨大的反作喷气式发动机则利用喷管将气流加速后喷出，产生巨大的反作用力来推动装置运动用力来推动装置运动 通过通过扩压管扩压管利用气流的宏观运动动能令气流升

8、压利用气流的宏观运动动能令气流升压 气流的这种加速或扩压过程可以仅利用气流的热力学状态或运气流的这种加速或扩压过程可以仅利用气流的热力学状态或运动状态变化来实现，无需借助其它机械设备动状态变化来实现，无需借助其它机械设备 11/22/202111 管道中流动气流不作轴功，忽略重力位能变化管道中流动气流不作轴功，忽略重力位能变化s2ddd21dwzgcpv2d21dcpvpvccddpcvccdd2pkpckpvccdd2kpkpcckmppdd2 讨论中的流体流速讨论中的流体流速c一般应为正值，一般应为正值，k、m2 也是正值也是正值式中式中dc与与dp反号反号气体的流速变化与其压力的变化方向

9、相反气体的流速变化与其压力的变化方向相反气流加速气流加速c00kpva 2压力压力p反之亦然反之亦然ppkmppkcad1d22211/22/202112喷管喷管 喷管和扩压管喷管和扩压管气流通过后能令气流气流通过后能令气流p，c的流道的流道扩压管扩压管气流通过后能令气流气流通过后能令气流p ，c 的流道的流道 流速改变与流道截面积变化的关系流速改变与流道截面积变化的关系 气流速度与压力的反方向变化需通过管道截面积有规律地变化气流速度与压力的反方向变化需通过管道截面积有规律地变化来促成来促成 。 根据气体流动的连续性方程及绝热过程方程根据气体流动的连续性方程及绝热过程方程 ccvvaadddp

10、pkvvd1dccppkaadd1d11/22/202113ccppkaadd1dcckmppdd2ccmccccmaad) 1(ddd22对于亚音速流（对于亚音速流（m1） 气体的流速将随流道截面积反向变化气体的流速将随流道截面积反向变化 喷管喷管渐缩状渐缩状扩压管扩压管渐扩状渐扩状 0喷管喷管(p,c)亚音速流亚音速流（m1） 扩压管扩压管(p,c)亚音速流亚音速流（m1）ccmccccmaad) 1(ddd220气体的流速将随流道截面积同向变化气体的流速将随流道截面积同向变化 喷管喷管渐扩状渐扩状扩压管扩压管渐缩状渐缩状 根据以上讨论，显然渐缩喷管只能将气流加速至音速。根据以上讨论，显然

11、渐缩喷管只能将气流加速至音速。喷管喷管(p,c)超音速流超音速流（m1） 扩压管扩压管(p,c)超音速流超音速流（m1） 气流在渐缩喷管出口截面上达到当地音速时，对应有一极限出气流在渐缩喷管出口截面上达到当地音速时，对应有一极限出口压力口压力p2，此后，任由喷管出口外的介质压力，此后，任由喷管出口外的介质压力pb下降，喷管出口下降，喷管出口截面上的气流压力仍维持为截面上的气流压力仍维持为p2。11/22/202115 气流在缩放喷管的喉部处达到当地音速气流在缩放喷管的喉部处达到当地音速 拉伐尔喷管拉伐尔喷管c=a 若想令气流从亚音速加速至超音速若想令气流从亚音速加速至超音速喷管截面积应喷管截面

12、积应先收缩，后扩大先收缩，后扩大缩放喷管，亦称拉伐尔喷管缩放喷管，亦称拉伐尔喷管11/22/2021164 喷管喷管(nozzle)计算计算 通常依据喷管进口处的工质参数通常依据喷管进口处的工质参数(p1、t1)和背压和背压(pb),并在给定流并在给定流率的条件下进行喷管的设计计算率的条件下进行喷管的设计计算 设计计算设计计算的目的在于确定喷管的形状和尺寸的目的在于确定喷管的形状和尺寸 校核计算校核计算的目的则在于预测各种条件下的喷管工作情况，即确的目的则在于预测各种条件下的喷管工作情况，即确定不同情况下喷管的流量和出口流速定不同情况下喷管的流量和出口流速 流速计算流速计算 11/22/202

13、117喷管出口速度喷管出口速度 对喷管，由能量方程对喷管，由能量方程22221102121chchh2121202)(22chhhhc一般喷管进口处的气流速度远小于出口速度一般喷管进口处的气流速度远小于出口速度(c1 c2)21212414. 1)(2hhhhc（任何工质，不论可逆与否）（任何工质，不论可逆与否） 对于定比热容理想气体对于定比热容理想气体 gp1rkkctchph0、h1、h2分别取决于喷管进、出口处气流的热力状态分别取决于喷管进、出口处气流的热力状态11/22/202118初、终状态与流速的关系初、终状态与流速的关系 对于对于定比热容理想气体、定比热容理想气体、)(2202h

14、hc)(220pttc)(1220gttrkk)1 (12020gtttrkk)(1 121020gkkpptrkk可逆绝热可逆绝热流动过程流动过程 或或)(1 12102002kkppvpkkc喷管出口流速喷管出口流速c2取决于气流的初态及气流在出口截取决于气流的初态及气流在出口截面上的压力面上的压力p2对滞止压力对滞止压力p0之比之比当初态一定时，当初态一定时，c c2则仅取决于则仅取决于(p2/p0) 式中式中t0、p0、v0为滞止参数，取决于气流的初态为滞止参数，取决于气流的初态c1较小时，可用喷管进口压力较小时，可用喷管进口压力p1代替代替p011/22/202119 c2随随(p2

15、/p0)的变化关系如图示的变化关系如图示 (p2/p0)=1时，时，c2=0(p2/p0)从从1逐渐减小时，逐渐减小时，c2增大增大气体不会流动气体不会流动初期增加较快，以后则逐渐减缓初期增加较快，以后则逐渐减缓 理论上当理论上当 p2=0时，时，c2将达到将达到 c2,max0g00max, 21212trkkvpkkc 实际上，实际上，p20时，比体积时，比体积v2要求喷管出口截面无穷大要求喷管出口截面无穷大c2随随(p2/p0)的变化关系的变化关系此流速此流速不可能达到不可能达到 )(1 12102002kkppvpkkc11/22/202120临界流速和临界压力比临界流速和临界压力比

16、气流在喉部截面处达到当地音速气流在喉部截面处达到当地音速该截面称为临界截面，截面上的气流参数相应称为：临界压力该截面称为临界截面，截面上的气流参数相应称为：临界压力pcr、临界比体积临界比体积vcr 临界流速临界流速(ccr)ccr=a 临界流速临界流速ccr与临界压力与临界压力pcr应有以下关系：应有以下关系：)(1 1210cr00crkkppvpkkcccr等于当地音速等于当地音速a crcrcrvkpaccrcr10cr00)(1 12vkpppvpkkkk 缩放喷管的最小截面处称为喷管的喉部缩放喷管的最小截面处称为喷管的喉部缩放喷管缩放喷管两式合并两式合并11/22/202121由过

17、程方程由过程方程 crcr10cr00)(1 12vkpppvpkkkkkppvv1cr00cr)(kkkkppvkpppvpkk10cr0010cr00)()(1 12定义定义 临界压力比临界压力比0crcrpp气流速度达到当地音速时的压力与滞止压力之比气流速度达到当地音速时的压力与滞止压力之比 kkkkk1cr1cr1 121cr)12(kkk以上为以上为定比热容定比热容理想气体理想气体可逆绝热流动可逆绝热流动过程的分析结论过程的分析结论 上式整理，得上式整理，得11/22/2021221cr)12(kkk临界压力比临界压力比cr仅与气体的热容比仅与气体的热容比k有关有关 仅取决于气体的性

18、质；仅取决于气体的性质；对变比热容理想气体对变比热容理想气体k值应按平均比热容确定；值应按平均比热容确定；对水蒸气对水蒸气k为经验数值而非热容比为经验数值而非热容比 对双原子气体对双原子气体k=1.4，临界压力比，临界压力比cr=0.528 如取如取: 过热汽的过热汽的k=1.3，则，则cr=0.546干饱和汽干饱和汽k=1.135，则，则cr=0.577概括起来，气体的临界压力比概括起来，气体的临界压力比cr接近等于接近等于0.5 临界压力比临界压力比cr是喷管中流体流动从亚音速过渡到超音速的转是喷管中流体流动从亚音速过渡到超音速的转折点。折点。11/22/2021231cr)12(kkk)

19、(1 12102002kkppvpkkc0g00cr1212trkkvpkkc 对给定的定比热容理想气体对给定的定比热容理想气体（k值一定值一定），），临界流速临界流速ccr仅取决于仅取决于滞止参数滞止参数p0、v0，或滞止温度，或滞止温度t0 由于滞止参数可由初参数确定由于滞止参数可由初参数确定 临界流速仅取决于进口截面上的气流初参数临界流速仅取决于进口截面上的气流初参数 临界压力比下气流达到当地音速临界压力比下气流达到当地音速临界流速临界流速11/22/202124 流量计算流量计算 由连续性方程知，对流道任一截由连续性方程知，对流道任一截面质量流率相同面质量流率相同222vcam )(1

20、 12102002kkppvpkkc经整理可得经整理可得 kkkppppvpkkam102202002)()(12 在喷管出口截面处在喷管出口截面处 221020)(1cappvkkppv1020)(111/22/202125它们的依变关系如图所示它们的依变关系如图所示 流量随流量随(p2/p0)的变化关系的变化关系 对于一定的喷管，当进口气流状态一定时对于一定的喷管，当进口气流状态一定时流量仅取决于流量仅取决于(p2/p0)kkkppppvpkkam102202002)()(12渐缩喷管工作情况渐缩喷管工作情况 背压背压喷管出口外的介质压力喷管出口外的介质压力pbpb到达临界压力比到达临界压

21、力比 cr时时p2，出口达到临界流速出口达到临界流速ccr，即当地音速，即当地音速pb=p2 =pcr = cr p0 当背压当背压pb高于临界压力高于临界压力pcr时时m 且有且有pb=p2pb0crcrppp211/22/202126流量随流量随(p2/p0)的变化关系的变化关系 此后，背压此后，背压pb如再降低，由于渐缩喷管如再降低，由于渐缩喷管中流道截面积始终是收缩的，气流截面不中流道截面积始终是收缩的，气流截面不可能得到扩展，任由背压下降，喷管的出可能得到扩展，任由背压下降，喷管的出口压力将仍然保持为口压力将仍然保持为p2=pcr，气流的膨胀、，气流的膨胀、加速也就到此为止，即加速也

22、就到此为止，即渐缩喷管的最大出渐缩喷管的最大出口速度就是当地音速口速度就是当地音速pb 随出口流速随出口流速c2 ccrm maxm 00122max)12(12vpkkkamk10crcr)12(kkkpp)()(12102202002kkkppppvpkkamp211/22/202127 在在pbpcr时时pb pb c2= ccrmaxmm 缩放喷管缩放喷管（拉伐尔喷管）（拉伐尔喷管）适用于从亚音速加速到超音速适用于从亚音速加速到超音速在喉部截面达到临界状态，在喉部截面达到临界状态，c2= ccr随随pb p2， c2 任由背压下降流量不会增大，始终等于由任由背压下降流量不会增大，始终等

23、于由喉部最小截面确定的流量喉部最小截面确定的流量11/22/202130例例1进入出口截面面积进入出口截面面积a2=10cm2的的渐缩渐缩喷管的空气初参数为喷管的空气初参数为p1=2106pa、t1=27，初速度很小，可以忽略不计。求空气经喷，初速度很小，可以忽略不计。求空气经喷管射出时的速度、流量以及出口截面处空气的状态参数管射出时的速度、流量以及出口截面处空气的状态参数v2、t2。设。设喷 管喷 管 背 压 力背 压 力 分 别 为分 别 为 1 . 5 m p a 、 1 m p a 。 空 气 的 比 热 容。 空 气 的 比 热 容cp=1.005kj/(kg k)，k =1.4。

24、解：解： 空气的临界压力比空气的临界压力比 5283. 014 . 121214 . 14 . 11crkkk 按题给，按题给，101010 pptthh；空气的滞止状态可视为与进口状态相同，即空气的滞止状态可视为与进口状态相同，即 空气的临界压力空气的临界压力mpa 06. 125283. 00crcrpp对于渐缩喷管计算首先应判断出口截面上是否到达临界状态对于渐缩喷管计算首先应判断出口截面上是否到达临界状态11/22/202131 题给第一种情况下，题给第一种情况下，pb=1.5 mpapcr，对于渐缩喷管其出口流，对于渐缩喷管其出口流速应低于临界流速，出口压力等于背压，速应低于临界流速，

25、出口压力等于背压，p2=pbc3.33 k 33.276)25 . 1()27273()(4 . 114 . 111212kkpptt 比体积比体积kg/m 0529. 0105 . 133.2762873622g2ptrv 出口速度出口速度m/s 09.218)33.276300(1005414. 1)(414. 1414. 121p212ttchhc 喷管出口处空气温度喷管出口处空气温度 喷管流量喷管流量kg/s 123. 40529. 009.21810104222vcam 11/22/202132 题给第二种情况下，题给第二种情况下，pb=1.0 mpapcr，喷管出口应为临界状态，喷

26、管出口应为临界状态，这时这时mpa 06. 125283. 00crcr2ppp 出口温度出口温度c 77.22-k 23.250206. 1)27273(4 . 114 . 111212kkpptt 出口压力出口压力 出口比体积出口比体积kg/m 0678. 01006. 123.2502873622g2ptrv 出口速度出口速度m/s 24.316)23.250300(1005414. 1)(414. 1414. 121p212ttchhc 喷管流量喷管流量kg/s 664. 40678. 024.31610104222vcam 11/22/202133例例2空气流经喷管作定熵流动。已知进

27、口截面上空气参数为空气流经喷管作定熵流动。已知进口截面上空气参数为p1=0.5mpa、t1=500、c1=111.46m/s；出口截面上空气压力为；出口截面上空气压力为p2=0.10416mpa；质量流率为；质量流率为kg/s 5 . 1m 。试求喷管出口截面积。试求喷管出口截面积a2、空气温度空气温度t2、比体积、比体积v2、流速、流速c2，以及进口和出口截面的当地音速，以及进口和出口截面的当地音速，并说明喷管中气体的流动状况。空气可视为定比热容理想气体，并说明喷管中气体的流动状况。空气可视为定比热容理想气体，cp=1.004kj/(kgk), rg=287j/(kgk), k=1.4解解：

28、 出口截面上的空气参数出口截面上的空气参数 按题给，空气作定熵流动，有按题给，空气作定熵流动，有c 78.202k 78.493)5 . 010416. 0()500273()(4 . 114 . 111212kkpptt由理想气体状态方程，有由理想气体状态方程，有/kgm 3605. 11010416. 078.4932873622g2ptrv11/22/202134 出口截面上的空气流速出口截面上的空气流速m/s 03.75746.111)78.493773(10004. 12)(2)(2232121p21212cttcchhc 出口截面积出口截面积 由连续性方程，有由连续性方程，有222

29、2cm 96.2603.7573605. 15 . 1cvma 喷管进口、出口截面处的当地音速喷管进口、出口截面处的当地音速 进口截面当地音速进口截面当地音速m/s 31.5577732874 . 11g1tkra 出口截面当地音速出口截面当地音速m/s 42.44578.4932874 . 12g2tkra11/22/202135 喷管内流动情况喷管内流动情况 由计算结果：进口截面处流速由计算结果：进口截面处流速c1小于当地音速小于当地音速a1；出口截面处流速出口截面处流速c2大于当地音速大于当地音速a2知空气在喷管中的流动情况为从亚音速被加速过渡至超音速知空气在喷管中的流动情况为从亚音速被

30、加速过渡至超音速喷管应为缩放形喷管。喷管应为缩放形喷管。11/22/2021365 绝热节流绝热节流 节流节流(throttling)节流节流流体在流道中流经阀门、孔板等截面急剧收流体在流道中流经阀门、孔板等截面急剧收缩的地方后发生压力下降的现象缩的地方后发生压力下降的现象 一般讨论节流过程时均认为流体不与外界交换热量、不作轴一般讨论节流过程时均认为流体不与外界交换热量、不作轴功，且为稳态稳流过程功，且为稳态稳流过程绝热节流绝热节流 绝热节流的特征绝热节流的特征节流过程是不可逆过程节流过程是不可逆过程 节流时流道截面急剧收缩，流线先是节流时流道截面急剧收缩，流线先是急剧收缩，随后又急剧扩张，在

31、节流区急剧收缩，随后又急剧扩张，在节流区内产生许多涡流内产生许多涡流 节流节流此外，流体通过节流孔道时流速加快，引起强烈摩擦此外，流体通过节流孔道时流速加快，引起强烈摩擦节流为典型不可逆过程节流为典型不可逆过程 11/22/202137节流令流体的压力降低节流令流体的压力降低 发生节流时随着流体的流速变化，其发生节流时随着流体的流速变化，其压力先下降，通过节流截面后又逐渐回升压力先下降，通过节流截面后又逐渐回升 节流的流速和压力变化节流的流速和压力变化 节流区上游和下游相距足够远处的两节流区上游和下游相距足够远处的两个截面相比个截面相比节流前后流体的流速接近相等节流前后流体的流速接近相等 节流

32、后流体的压力有了降低，不能节流后流体的压力有了降低，不能再恢复到原先的水平再恢复到原先的水平 发生节流时流速先升高，通过节流截面后又逐渐回落发生节流时流速先升高，通过节流截面后又逐渐回落 节流区节流区上游和下游相距足够远处上游和下游相距足够远处的两个截面相比的两个截面相比节流前、后流体的流速近似相等节流前、后流体的流速近似相等 11/22/202138绝热节流前后流体的焓相等绝热节流前后流体的焓相等 由稳态稳流的能量方程由稳态稳流的能量方程 s12212212)()(21)(wzzgcchhq000认为节流前、后流体的流速相等时认为节流前、后流体的流速相等时 021hh 绝热节流的重要特征绝热

33、节流的重要特征 节流区内沿流动方向各截面上的流体流速明显不同，流体的焓节流区内沿流动方向各截面上的流体流速明显不同，流体的焓值显然不相等值显然不相等节流过程并非等焓过程节流过程并非等焓过程 节流前后流体的焓相等节流前后流体的焓相等11/22/202139 节流的温度效应节流的温度效应vvsttssd)(d)(dtvvvpttppd)(d)(dtvpvsthdddvvv)()(tsttuctv)()(vstp 由热力学一般关系由热力学一般关系pvtvttchd )(ddpp（麦克斯韦关系）（麦克斯韦关系）11/22/202140pvtvttchd )(ddpp 流体发生微元节流流体发生微元节流

34、，结果，结果dp0，dh = 0 pph)()(cvtvtpthj)(pt定义定义节流微分效应节流微分效应亦称亦称绝热节流系数、焦耳绝热节流系数、焦耳- -汤姆逊系数汤姆逊系数，或以或以 h表示表示 节流结果恒有节流结果恒有dp0 dt0，节流后流体将降温，节流后流体将降温冷效应冷效应当当 j0，节流后流体将升温，节流后流体将升温热效应热效应当当 j=0 dt=0，节流后流体温度将不变，节流后流体温度将不变零效应零效应11/22/202141 对于有限节流过程，流体将发生有限的压力降对于有限节流过程，流体将发生有限的压力降 p，这种情况的，这种情况的温度效应可对焦耳温度效应可对焦耳- -汤姆逊

35、系数求积获得汤姆逊系数求积获得 21dj12pppttt节流积分效应节流积分效应 焦耳焦耳- -汤姆逊系数可通过焦耳汤姆逊系数可通过焦耳- -汤姆逊实验来确定汤姆逊实验来确定 焦耳焦耳- -汤姆逊实验原理汤姆逊实验原理示意图示意图 焦耳焦耳- -汤姆逊实验是研究流体物性的重汤姆逊实验是研究流体物性的重要手段，原理如图示要手段，原理如图示 实验方法是在管道中装设一可调节的节实验方法是在管道中装设一可调节的节流孔板，通过收缩或扩大节流孔径以调节流孔板，通过收缩或扩大节流孔径以调节对流体的节流深度，即改变流体节流后的对流体的节流深度，即改变流体节流后的压力压力p211/22/202142 令流体从某

36、一状态令流体从某一状态1(p1,t1)开始进行开始进行节流，在足够远的下游测定节流后的节流，在足够远的下游测定节流后的流体状态流体状态 2(p2,t2) 通过收缩孔板的节流孔径逐渐加深通过收缩孔板的节流孔径逐渐加深节流的深度，可获得一系列节流后的节流的深度，可获得一系列节流后的流体状态点流体状态点2a、2b、m、2c 焦耳焦耳- -汤姆逊实验汤姆逊实验 连同始点连同始点1联成一条联成一条等焓线等焓线并非绝热节流过程线并非绝热节流过程线只是流体绝热节流前和节流后的状态所落只是流体绝热节流前和节流后的状态所落在的同一条曲线在的同一条曲线 该定焓线上任一点的斜率就是流体处于对应状态时的绝热节流该定焓

37、线上任一点的斜率就是流体处于对应状态时的绝热节流系数系数 j tp11/22/202143 图中一定焓值范围内的等焓线上各有图中一定焓值范围内的等焓线上各有一温度为极大值的点（例如一温度为极大值的点（例如m）转转回点回点，对应的温度，对应的温度 实验结果如图所示实验结果如图所示 在转回点上微分节流效应发生转折，节流从热效应转变为冷效在转回点上微分节流效应发生转折，节流从热效应转变为冷效应，应， j=0，即微分节流零效应，即微分节流零效应 改变流体开始节流的状态，重复上述改变流体开始节流的状态，重复上述过程，可获另一系列节流后的状态点，过程，可获另一系列节流后的状态点，联得另一等焓曲线联得另一等焓曲线 转回温度转回温度 各转回点的联线各转回点的联线转回曲线转回曲线转回曲线内转回曲线内冷效应区冷效应区转回曲线转回曲线转回曲线外转回曲线外热效应区热效应区11/22/202144 流体节流的结果究竟是产生热效应，流体节流的结果究竟是产生热效应，还是零效应或冷效应，还是零效应或冷效应，取决于节流开始取决于节流开始时流体处于什么状态，以及节流的深度时流体处于什么状态，以及节流的深度 转回曲线转回曲线 当流体的进口状态处于冷效应区时，当流体的进口