實(shí)際氣體的節(jié)流
通常把高壓流體經(jīng)管道中的小孔后壓力顯著降低的過程稱為節(jié)流场勤。節(jié)流孔徑越小,局部阻力越大,節(jié)流后的壓力變化也越大劫瞳,反之就越小。(通常用調(diào)節(jié)閥代替固定節(jié)流孔)
從能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)看绷柒,由于氣體經(jīng)過節(jié)流小孔時(shí)志于,流速大、時(shí)間短废睦,來不及與外界進(jìn)行熱交換伺绽,因此節(jié)流過程可以近似看作絕熱過程。因?yàn)楣?jié)流時(shí)有摩擦力損失嗜湃,所以節(jié)流過程是不可逆的奈应。氣體在節(jié)流時(shí),即無能量輸出购披,也無能量輸出所以節(jié)流前后的能量保持不變杖挣,即節(jié)流前后的焓值相等,這是節(jié)流過程的基本特點(diǎn)刚陡。
焓的理解
焓:某一狀態(tài)下氣體內(nèi)能和流動(dòng)功之和程梦。
理想氣體的焓值只是溫度的函數(shù),根據(jù)節(jié)流前后的焓值不變橘荠,理想氣體節(jié)流前后溫度是不變的屿附。
由于實(shí)際氣體的焓值是溫度和壓力的函數(shù),實(shí)際氣體節(jié)流后溫度變化有三種情況:降溫哥童、升溫挺份、溫度不變。(很多人都覺得節(jié)流只能降溫)
氣體節(jié)流轉(zhuǎn)化曲線
通常我們把節(jié)流后溫度不變的這個(gè)節(jié)流前溫度稱之為“轉(zhuǎn)化溫度”贮懈,與此相對(duì)應(yīng)的壓力稱之為“轉(zhuǎn)化壓力”匀泊。
一個(gè)壓力一般對(duì)應(yīng)有兩個(gè)轉(zhuǎn)化溫度,即上轉(zhuǎn)化溫度(在氣相)和下轉(zhuǎn)化溫度(在液相)朵你。
當(dāng)一個(gè)壓力只對(duì)應(yīng)一個(gè)轉(zhuǎn)化溫度時(shí)各聘,我們稱這個(gè)轉(zhuǎn)化壓力為最大轉(zhuǎn)化壓力。大于最大轉(zhuǎn)化壓力時(shí)抡医,無轉(zhuǎn)化溫度躲因。
如果將各壓力下對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)化溫度繪成曲線早敬,這曲線就是所謂的氣體節(jié)流轉(zhuǎn)化曲線。
節(jié)流轉(zhuǎn)化曲線十分清楚地告訴我們節(jié)流前參數(shù)如何選擇大脉,要使氣體節(jié)流后降溫搞监,節(jié)流前壓力應(yīng)小于最大轉(zhuǎn)化壓力,節(jié)流前溫度必須在上镰矿、下轉(zhuǎn)化溫度之間琐驴,否則節(jié)流后不會(huì)制冷。
問題
氣體節(jié)流后為什么會(huì)具有制冷能力秤标,這種說法不是與常說的節(jié)流不產(chǎn)生冷量相矛盾了嗎绝淡?
其實(shí)在氣體壓縮過程中,就將壓縮功轉(zhuǎn)化成熱量傳給環(huán)境介質(zhì)苍姜,同時(shí)氣體壓縮后內(nèi)能減少(焓下降)够委。所以說氣體節(jié)流后的制冷能力是在等溫壓縮時(shí)獲得的,節(jié)流本身不具備這個(gè)能力怖现,只是節(jié)流將這一制冷能力表現(xiàn)出來了。
氣體的絕熱膨脹
氣體的絕色(等熵)膨脹是在膨脹機(jī)中完成的玉罐,膨脹過程對(duì)外做功屈嗤。膨脹后氣體體積增大、位能增加吊输,在絕熱條件下提供這部分能耗只能靠氣體降溫饶号、減少動(dòng)能來實(shí)現(xiàn),所以氣體絕熱膨脹溫度總是下降的季蚂。
在熱力學(xué)中茫船,常用熵的變化來判斷過程的方向。熵的變化量為零表示絕熱過程扭屁;熵的變化量大于零表示吸熱過程算谈;熵的變化量小于零表示放熱過程。
節(jié)流與絕熱膨脹的比較
氣體絕熱膨脹后的制冷量等于等溫節(jié)流的制冷量與對(duì)外做功之和料滥,其產(chǎn)生的冷量和溫降大大超過節(jié)流膨脹然眼。
實(shí)際上,氣體絕熱膨脹過程同樣存在著機(jī)械摩擦和傳熱葵腹,其過程也是一個(gè)等熵的過程高每,只是絕熱膨脹過程的熵曾遠(yuǎn)小于節(jié)流膨脹的熵增。
在實(shí)際方面践宴,節(jié)流過程用節(jié)流閥鲸匿,結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,也便于調(diào)節(jié)阻肩;而等熵膨脹則用膨脹機(jī)带欢,結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
節(jié)流閥可以在氣液兩相區(qū)工作,節(jié)流閥出口允許有很大的帶液量洪囤;但可以帶液的兩相膨脹機(jī)還在研制和使用階段徒坡,其帶液量也不能很大。因此瘤缩,節(jié)流膨脹和等熵膨脹的這兩個(gè)過程在制冷設(shè)備中都有用喇完,它們的選擇需根據(jù)具體條件而定。