气体节流膨胀和绝热膨胀的原理

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1、心得报告题目：气体节流膨胀和绝热膨胀的原理在气体分离和液化设备中，气体节流膨胀和绝热膨胀是目前获得低温的主要方法。一、节流过程的热力学特性工程热力学中认为，当气体在管道中流动，在遇到缩口和节流阀门时，由于局部阻力，使其压力显著下降，体积迅速膨胀，这种现象叫做“节流膨胀”。气体经节流后，流速加大，气体内能和流动功将发生变化，又由于过程的时间较短，来不及与外界进行热量交换，一般可近似的认为节流过程是一个绝热过程，且不对外做功，气体的温度将发生一定变化。大家知道焓(enthalpy)是某一状态下气体内能和流动功之和(H=U+PV)，可以通

2、过焓的这一定义，推导出气体在节流阀前的内能与流动功之和等于节流阀后的内能与流动功之和，也就是节流前后气体的焓值不变。因为理想气体的焓值只是温度的函数，根据这一结论将十分清楚的告诉我们，理想气流体节流前后温度是不变的，因此对理想气体的节流研究是没有什么意义的。由于实际气体的焓值是温度和压力的函数，那么实际气体的节流将与理想气体节流不同，实际气体节流后温度变化会有三种情况，即降温、升温、温度不变。通常把低温液化气体节流后温度发生变化的这一现象，称之为“焦耳一汤姆逊效应”(Joule-Thomsoneffect)。根据焓的定义和节流前后气

3、体焓值不变的这一过程特性，可以得出气体节流前后内能变化等于气体流动功的变化，其关系式如下:u1-u2=P2v2-P1v1式中u1：节流前气体内能P1：节流前气体压力v1：节流前气体比容u2：节流后气体内能P2：节流后气体压力内动能内位能V2：节流后气体比容s而气体的内能又由气体的内位能和内动能组成(u=CvT+u)，因此气体节流后是降温、升温，还是温度不变，完全取决于节流前后的内动能、内位能和流动功这三者的变化关系，其关系式如下:内动能内位能流体功式中T1：节流前气体的温度u1：节流前气体的位能T2：节流后气体的温度[鍵入文字]u2

4、：节流后气体的位能Cv：气体等容比热A：热功当量因为气体节流后，压力总是降低的，即比容增大，因此气体的内位能也将增大，也就是ssuu为正值。至于P1v1-P2v2值的变化，要根据实际气体所处的温度、21压力来判定。当Cv(T1-T2)>0，降温。Cv(T1-T2)0，所以Cv(T1-T2)>0，节流后气体温度下降。21(2)当(Pss1v1-P2v2)＞0，因(uu)>0，可分下列三种情况讨论2

5、1①(Pss1v1-P2v2)<(uu)时，即Cv(T1-T2)>0，节流后气体温度下降。21②(Pss1v1-P2v2)=(uu)时，即Cv(T1-T2)=0，节流后气体温度不变。21③(Pss1v1-P2v2)<(uu)时，即Cv(T1-T2)<0，节流后气体温度升高。21从以上分析可知，气体节流后温度如何变化，将取决于气体的性质和气体所处的状态(压力、温度)。通常我们把节流后温度不变的这个节流前温度称之为“转化温度”(inversetemperature)，与此相对应的压力称为“转化压力”(inversepressure

6、)。实际气体节流存在着节流转化温度，而转化温度对气体节流降温、液化过程中的参数选取是十分重要的。一般可以通过凡德瓦尔方程(vanderWaalsgasequation)或实验来求得实际气体的转化温度。在实务上，我们常用焦耳一汤姆逊系数（Joule-Thomsoncoefficient)TJT()h它表示经节流过程后，气体温度随压力的变化率。为了求JT的值，必P须在T-P图作出等焓线，在T-P图上找出多个等焓线，在等焓在线任意一点的切线(dT/dP)h，就是该温度压力下的值。>0，表示经节流膨胀后，气体温JTJT度降低。

7、<0，表示经节流膨胀后，气体温度升高。=0表示经节流膨胀后，JTJT气体温度不变。T-P图上，一个压力一般对应有两个转化温度，即上转化温度(在气相)和下转化温度(在液相)，当一个压力只对应一个转化温度时，我们称这个压力为最大转化压力，在压力大于最大转变压力时，该压力下无转化温度。如果将各压力下所对应的转化温度绘成曲线，这曲线就是所谓的气体节流转化曲线。节流转化曲线十分清楚地告诉我们节流前参数应如何选定。要使气体节流后温降，节流前压力应小于最大转变压力，节流前温度必须在上、下转化温度之间，否则气体节流后不会产生冷效应。各种气体的节

8、流转化温度，可由相应的转化曲线和有关数据表上查得。图一为氮气、氢气、氦气之温度转化曲线。在图一上>0，是致冷区，在这个区JT[鍵入文字]内，可以把气体降温、液化；虚线以右，<0，是致热区，气体经过节流过JT程温度反而升高。表一为空