焦耳-汤姆逊(J-T)效应课件.ppt

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1、§4.7焦耳-汤姆逊效应与制冷机§4.7.1制冷循环与制冷系数(一)制冷循环前面讨论过p–V图上顺时针循环(热机)的热力学过程。现在讨论逆时针循环(致冷机)的热力学过程。如图所示。系统经过一个循环后，从较低温热源取走了一部分热量传到较高温热源去。这正是制冷机的原理。制冷系数为了能对制冷机的性能作出比较，需对制冷机效率作出定义:在制冷机中人们关心的是从低温热源吸走的总热量｜Q2｜，其代价是外界必须对制冷机作功W，故定义(二)制冷系数另外,因为冷的数值可以大于1，故不称为制冷机效率而称为制冷系数。为什么W=｜Q

2、1｜-｜Q2｜?(三)可逆卡诺制冷机的制冷系数图示2-1-4-3-1的逆时针循环是可逆卡诺制冷机循环。它在温度T1等温压缩放热Q1,在温度T2(T2

3、致冷。大多数制冷机都是通过（工作媒质）气体液化来获得低温热源，通过液化工质的蒸发吸热来提供制冷量的。气态工质降温后能以液态出现的有效手段是节流效应。本节中专门介绍焦耳-汤姆逊效应,也称节流效应。下图为焦耳-汤姆逊实验示意图。实验发现，这时在多孔塞两边的气体的温度一般并不相等，温度差的大小和气体种类及多孔塞两边的压强的数值有关。高压低压多孔塞目前在工业上是使气体通过节流阀或毛细管来实现节流膨胀的。绝热条件下，高压气体经过多孔塞、小孔、通径很小的阀门、毛细管等流到低压一边的稳定流动过程称为节流过程。高压低压多孔塞

4、下面讨论多孔塞实验,如图所示。两端开口的绝热气缸中心有多孔塞，多孔塞两侧维持不同压强p1p2。图（a）是节流前多孔塞左边的活塞尚未运动时气体的热力学状态（初态）。图（b）是活塞将气体全部压到多孔塞右边时气体的状态（末态）。显然,气体在中间经历的都是非平衡态。（为什么?）.以活塞左边气体为研究对象，当气体全部穿过多孔塞以后，它的状态参量从V1变为V2，p1变为p2,T1变为T2。设气体都在左边时的内能为U1，气体都在右边时的内能为U2。气体穿过多孔塞过程中，左边活塞对气体作功气体推动右边活塞作功理想气体在节流

5、过程前后的温度都不变。为什么?但是一般气体在常温下节流会致冷。低温工程利用节流致冷效应来降低温度。但对于氢气、氦气，在常温下节流后温度反而升高，称为负节流效应。它们只有在足够低温度下才呈现正节流效应。外界对定量气体所作的净功为注意到绝热过程Q=0，则由第一定律绝热节流过程前后的焓不变。用以研究节流过程的等焓线§4.7.3气体压缩式制冷机气体制冷工质先后经压缩、冷却、节流膨胀等手段，最后制得低温液体的制冷机称为气体压缩式制冷机。它分为如下两种：(1)蒸汽压缩式制冷机;(2)深度冷冻制冷机。(一)蒸汽压缩式制冷机

6、气体被压缩、冷却到室温后就能完全变为液体,然后通过节流膨胀降低温度的制冷机称为蒸汽压缩式制冷机。如冷库、冰箱与空调用的冷冻机。蒸汽压缩式制冷机的循环过程示于下图:节流阀冷凝器放热蒸发器吸热压缩机(二)深度冷冻制冷机