气体绝热节流膨胀制冷原理

本文摘要：节流是高压流体气体、液体或气液混合物)在稳定流动中，遇到缩口或调节阀门等阻力元件时由于局部阻力产生，压力显著下 降。

1、绝热节流过程

节流是高压流体气体、液体或气液混合物)在稳定流动中，遇到缩口或调节阀门等阻力元件时由于局部阻力产生，压力显著下降的过程。节流膨胀过程由于没有外功输出，而且工程上节流过程进行得很快，流体与外界的热交换量可忽略，近似作为绝热过程来处理。根据稳定流动能量方程:

δq=dh+δw(2.1)

得出绝热节流前后流体的比焓值不变，由于节流时流体内部存在摩擦阻力损耗，所以它是一个典型的不可逆过程，节流后的熵必定增大。

绝热节流后，流体的温度如何变化对不同特性的流体而言是不同的。对于任何处于气液两相区的单一物质，节流后温度总是降低的。这是由于在两相区饱和温度和饱和压力是一一对应的，饱和温度随压力的降低而降低。对于理想气体，焓是温度的单值函数，所以绝热节流后焓值不变，温度也不变。对于实际气体，焓是温度和压力的函数，经过绝热节流后，温度降低、升高和不变3种情况都可能出现。这一温度变化现象称为焦耳-汤姆逊效应，简称J-T效应。

2、实际气体的节流效应

实际气体节流时，温度随微小压降而产生的变化定义为微分节流效应，也称为焦耳-汤姆

逊系数:

αh=(ɑT/ɑp)2.2)

αh>0表示节流后温度降低，αh<0表示节流后温度升高。当压降(P2-P1)为一有限数值时，整个节流过程产生的温度变化叫做积分节流效应：

ΔTh=T2-T1=p2p1αhdp(2.3)

理论上，可以使用热力学基本关系式推算出αh的表达式进行分析。有焓的特性可知：

dh=cpdT-[T(αv/aT)p-v]dp(2.4)

由于焓值不变，dh=0，将上式移项整理可得：

αh=(αT/αp)h=1/cp[T(αv/αT)p-v](2.5)

由式(2.3)可知，微分节流效应的正负取决于T(αv/aT)p和v的差值。若这一差值大于0，则αh>0节流时温度降低;若等于0则αh=0，节流时温度不变;若小于0则αh<0，节流时温度升高。

从物理实质出发，可以用气体节流过程中的能量转化关系来解释着三种情况的出现，由于节流前后气体的焓值不变，所以节流前后内能的变化等于进出推动功的差值：

u2-u1=p1v1-p2v2

气体的内能包括内动能和内位能两部分，而气体温度是降低、升高、还是不变，仅取决于气体内动 能是减小、增大、还是不变。