(16)--5.2 气体的膨胀化工热力学.pdf

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1、 化工热力学化工热力学第第5章章 蒸汽动力循环与制冷循环蒸汽动力循环与制冷循环5.2 气体的膨胀流体经过节流阀门或多孔塞时，流体绝热膨胀压力流体经过节流阀门或多孔塞时，流体绝热膨胀压力降低。降低。Q=0Ws=0 gZ0 u2/2 0 H=0即即 Hin=Hout等焓过程等焓过程，稳流绝热无轴功的节流过程稳流绝热无轴功的节流过程。利用节流过程利用节流过程，可获得可获得低温低温和和冷量冷量。5.2.1 节流膨胀节流膨胀膨胀阀流体进行节流膨胀流体进行节流膨胀，由于压力变化而引起的温度变化由于压力变化而引起的温度变化称为称为节流效应或节流效应或Joule-Thomson效应效应。Joule-Thoms

2、on效应系数效应系数或或微分节流效应系数微分节流效应系数，表示表示经节流过程后经节流过程后，流体温度随压力的变化率流体温度随压力的变化率。数学式数学式为：为：pTHJJ是体系的强度性质。因为是体系的强度性质。因为节流膨胀后流体压力降低节流膨胀后流体压力降低，p=p2p10，所以当：，所以当：J0 节流膨胀后流体温度降低，节流膨胀后流体温度降低，制冷制冷。J=0 节流膨胀后流体温度不变。节流膨胀后流体温度不变。(零效应零效应)J0 节流膨胀后流体温度升高，节流膨胀后流体温度升高，制热制热。那具体什么流体能作那具体什么流体能作制冷剂制冷剂？理想气体理想气体能否用能否用作作制冷剂？就看计算的制冷剂？

3、就看计算的J的符号了的符号了J的计算：的计算：TppHHTHTp 11)对于实际气体，若知道对于实际气体，若知道EOS，则，则可知，可知，J便可求出。便可求出。2)理想气体，理想气体，J=0 节流膨胀后气体温度不变。节流膨胀后气体温度不变。不能用于制冷。不能用于制冷。VTp TpCHTpTTVHVpHpTpJ转化曲线转化曲线(inversion curve)J=0的点位于等焓线上的最高点的点位于等焓线上的最高点，称称转化点转化点，转化点的温度称转化点的温度称转化转化温度温度。连接每条等焓线上的转化连接每条等焓线上的转化温度的那条线被称为温度的那条线被称为转化曲线转化曲线。（即转换点的轨迹即转换

4、点的轨迹）图图5-3 不同气体的转化曲不同气体的转化曲线线只有只有J0 的气体才能作为的气体才能作为制冷剂制冷剂图图5-3 不同气体的转化曲线不同气体的转化曲线利用转化曲线可以确定节流膨利用转化曲线可以确定节流膨胀后获得低温的操作条件。胀后获得低温的操作条件。显然：工作流体不同显然：工作流体不同，转化曲线转化曲线的的T、p区间也不同区间也不同。可看出可看出，N2的转化温度高的转化温度高，能液化的范围大；能液化的范围大；而而H2和和He则很难液化则很难液化。小结小结不是不是所有气体所有气体在在所有所有T、p下下的节流膨胀均能使温度的节流膨胀均能使温度T降低降低。制冷介质应选那种在制冷介质应选那种

5、在常温常常温常压下压下J0的气体的气体，如如N2。H2和和He等气体在常温下等气体在常温下J0，经节流过程经节流过程，温度反而升高温度反而升高。但若在节流前先降低温度但若在节流前先降低温度(预预冷冷)，使其使其J0。图图5-3 不同气体的转化曲线不同气体的转化曲线流体从高压向低压做绝热膨胀时流体从高压向低压做绝热膨胀时，若在膨胀机中进行若在膨胀机中进行，则可对外做功则可对外做功。如果过程是如果过程是可逆可逆的的，称为称为等熵膨胀等熵膨胀过程过程。特点是特点是膨胀前后熵值不变膨胀前后熵值不变。等熵膨胀与节流膨胀有异同点：等熵膨胀与节流膨胀有异同点：同：均为同：均为绝热膨胀绝热膨胀异：等熵膨胀通过

6、异：等熵膨胀通过膨胀机膨胀机对外做功对外做功，而而节流膨胀不做功节流膨胀不做功。5.2.2 对外做功的绝热膨胀对外做功的绝热膨胀等熵膨胀时，压力的微小变化所引起的温度变化，称为等熵膨胀时，压力的微小变化所引起的温度变化，称为微分等熵膨胀效应系数微分等熵膨胀效应系数，以，以S表示。表示。pTSS TpCSTpTTSVpSpSTp可推出可推出 VTp0S永远永远0即即经等熵膨胀后流体的温度总是下降。经等熵膨胀后流体的温度总是下降。CTTVppS即即流体经节流膨胀流体经节流膨胀压力变化所引起的压力变化所引起的温度变化温度变化TH，称为积分节流效应。称为积分节流效应。气体等熵膨胀气体等熵膨胀由压力变化

7、所由压力变化所引起的温度变化称引起的温度变化称为积分等熵效应为积分等熵效应TS：pTTTpSSpd2112 pTTTpHpd21J12对外做功绝热膨胀的温度降对外做功绝热膨胀的温度降图图5-4 节流效应及等熵膨胀节流效应及等熵膨胀效应在效应在T-S图上的表示图上的表示|TS|TH|即即绝热做外功膨胀的制冷量总是绝热做外功膨胀的制冷量总是高于节流膨胀高于节流膨胀。CTppTTVppppSSppdd1122CTTHpSHS表表5-1 节流膨胀与做外功绝热膨胀的特点比较节流膨胀与做外功绝热膨胀的特点比较膨胀类型膨胀类型节流膨胀节流膨胀做外功绝热膨胀做外功绝热膨胀(等熵膨胀等熵膨胀)特特 点点H=0S

8、=0T 与制冷量与制冷量TH小小/制冷量小制冷量小TS大大/制冷量大制冷量大预预 冷冷个别气体需预冷，个别气体需预冷，才能使温度下降才能使温度下降不需预冷，任何不需预冷，任何气体温度均下降气体温度均下降做功做功 Ws不做功不做功Ws=0 对外做功对外做功Ws0设备、操设备、操作、投资作、投资节流阀节流阀/结构简单结构简单/操作方便操作方便/投资小投资小膨胀机膨胀机/结构复杂结构复杂/操作较复杂操作较复杂/投资大投资大流体相态流体相态汽液两相区、液相区汽液两相区、液相区不适于出现液滴的场合不适于出现液滴的场合应应 用用普冷、小型深冷普冷、小型深冷大、中型的气体液化大、中型的气体液化节流膨胀与等熵膨胀均是节流膨胀与等熵膨胀均是获取低温流体获取低温流体(即即制冷制冷)的方法。由的方法。由于两种膨胀各具有优、缺点，工程上常将两种膨胀结合并用。于两种膨胀各具有优、缺点，工程上常将两种膨胀结合并用。认真学习！