更新时间:2022-08-25 14:55
节流过程是指流体流动时由于通道截面突然缩小(如孔板、阀门等)而使压力降低的热力过程。
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。节流过程也称焦耳-汤姆逊效应,它是一个恒焓过程,指气体通过多孔塞膨胀后所引起的温度变化现象。1852年,英国物理学家J.P.焦耳和W.汤姆孙(即开尔文)为了进一步研究气体的内能,对焦耳气体自由膨胀实验作了改进。
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。
节流过程是气体在节流过程中温度随压强而变化的现象。气体通过多孔塞或节流阀膨胀的过程称为绝热节流膨胀。绝热节流过程是不可逆过程。由于过程在绝热系统中进行,外界做的功等于系统内能的改变,即
式中U为气体的内能,p为压强,V是气体的体积,于是得出
U+pV=H是气体的另一状态函数称为焓,前式表示节流前后气体的焓(H)不变。
实验发现,气体在节流前后温度一般要发生变化,同一种气体在不同条件下(不同温度与压强范围),节流后温度可以升高,可以降低,也可能不变。
为了研究节流后气体温度随压强变化的情况,通常用焦耳-汤姆孙系数
来描述,因为节流前后焓(H)不变,以表示等焓过程中温度随压强的变化率。气体节流后压强减小,Δp<0,所以,若节流后降温△T<0,则μ>0,称焦耳-汤姆孙正效应。若节流升温△T>0,则μ<0,称焦耳-汤姆孙负效应。若节流前后温度不变,△T=0,称为焦耳-汤姆孙零效应。实际气体节流后温度发生变化,得知气体的内能不仅是温度的函数,还是体积(或压强)的函数。
当气体非常稀薄时,△T→0,可推知理想气体节流前后温度不变,因此,一定量某种理想气体的内能仅仅是温度的函数。
1852年,英国物理学家J.P.焦耳和W.汤姆孙(即开尔文)为了进一步研究气体的内能,对焦耳气体自由膨胀实验作了改进。
焦耳-汤姆逊效应是指当高压气体在通过截面突然缩小的断面(如管道上的针形阀、孔板等)时,由于局部阻力,气体的压力将会降低,温度会发生变化的现象所示,绝热良好的管子L中间,放置一个用多孔物质制成多孔塞G(也可以换成毛细管或针型阀),当进口压强为P1,温度为T1,体积为V1的气体在恒压下持续不断地过多孔塞G,由于它对气体有较大的阻滞作用,使气体很难快速通过它,从而能够维持 G 两边具有一定的压强差,使气体通过多孔塞后的出口压强降为P2,体积变为V2,测出此时的出口温度T2,实验发现T2可能大于、小于或者等于T1。
焦耳-汤姆逊实验表明绝热节流过程是一个焓值不变的过程,这是节流过程的重要热力学特点,但并不是说绝热过程是一个定焓过程,因为中间经历的状态都是非平衡态。