絕熱節(jié)流過程

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)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)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。對于任溫度和飽和壓力是一一對應的，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。對于實際氣體，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，簡稱J-T效應。2、實際氣體的節(jié)流效應為焦耳-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：ΔTh=T2-T1=p2p1αhdp(2.3)αh特性可知：dh=cpdT-[T(αv/aT)p-v]dp(2.4)由于焓值不變，dh=0，將上式移項整理可得：αh=(αT/αp)h=1/cp[T(αv/αT)p-v](2.5)由式(2.3)T(αv/aT)p和v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。1功的差值：u2-u1=p1v1-p2v2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:①p1v1②p1v1=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即微分節(jié)流效應等于0，這個溫度稱為轉(zhuǎn)化溫度，以Tinv表示。轉(zhuǎn)化溫度的計算和變化關系可根據(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求導得出(αv/αT)p后代入式(2.5)得：Αh=(αv/αT)h=(1/cp)(2a(1-b/v)2-RbT)/(RT-2a/v(1-b/v)2)(2.6)當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)關系在坤圖上為一連續(xù)曲線，稱為轉(zhuǎn)2.11(2.7)者的差別是由范德瓦爾方程在定量上的不準確引起的。轉(zhuǎn)化曲線存在一個最大轉(zhuǎn)化壓力pmax。當p>pmax時，不存在轉(zhuǎn)化溫度;當p=pmax;當p0，節(jié)流后產(chǎn)生冷效應。從式(2.7)和圖2.11中還可以得出p=0對應氣體的最大轉(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)化溫度都高2-湯姆遜效應來降