气体流动过程精选文档.ppt

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1、气体流动过程本讲稿第一页，共四十六页 流流体体在在管管道道中中流流动动时时与与外外界界的的热热交交换换往往往往可可以以忽忽略略，也也不不对对外外输输出出轴轴功功，而而且且常常可可视视为为稳稳态态稳稳流流装装置置。以以下下本本章章将将主主要要讨讨论论定定比比热热容容理理想想气气体体在在管管道道中中作作绝绝热热稳稳态态稳稳流流时时的的热热力力学学状状态态变变化化与与宏宏观观流流动动状状况况（流流速速、流流量量）变变化化之间的关系之间的关系 2022/9/202本讲稿第二页，共四十六页6.1 稳态稳流的基本方程稳态稳流的基本方程 连续性方程连续性方程 稳态稳流时，任何一段管道内流进和流出的流体流量相

2、等稳态稳流时，任何一段管道内流进和流出的流体流量相等 管道中的一维稳定流动管道中的一维稳定流动A1A2c1c21212由于由于 式中式中 A管道的截面积管道的截面积 c 流体在当地的流速；流体在当地的流速；v 当地的流体比体积当地的流体比体积 考虑到稳态稳流的特性，对管道的任一截面考虑到稳态稳流的特性，对管道的任一截面 连续性方程连续性方程微分形式微分形式2022/9/203本讲稿第三页，共四十六页能量方程能量方程 根据稳态稳流的能量方程根据稳态稳流的能量方程对于绝热、不作轴功、忽略重力位能的稳态稳流情况对于绝热、不作轴功、忽略重力位能的稳态稳流情况可见，相对管道中的任意两个截面而言可见，相对

3、管道中的任意两个截面而言若气流的焓若气流的焓 h，则流速，则流速c；反之，若气流的焓反之，若气流的焓h，则流速，则流速c 2022/9/204本讲稿第四页，共四十六页滞止焓滞止焓 滞止焓的物理意义为：滞止焓的物理意义为：绝热流动流体达到滞止状态时所应具有的焓参数最大值绝热流动流体达到滞止状态时所应具有的焓参数最大值 在流道中测定气流温度时，滞止效应将令所得的结果偏高在流道中测定气流温度时，滞止效应将令所得的结果偏高 令令 滞止状态的参数以下标滞止状态的参数以下标“0”表示表示 求解流动问题通常已知进口气流状态求解流动问题通常已知进口气流状态(h1,P1,v1,T1,c1)由由h h0 0T T

4、0 0P P0 0v0 0 滞止状态完全由进口气流初态确定滞止状态完全由进口气流初态确定解得解得解得解得滞止状态滞止状态 绝热流动情况下流体因阻滞作用而达到流速为零时绝热流动情况下流体因阻滞作用而达到流速为零时2022/9/205本讲稿第五页，共四十六页过程方程过程方程 对于状态连续变化的定比热容理想气体可逆绝热流动过程对于状态连续变化的定比热容理想气体可逆绝热流动过程 水蒸气也借用该式作近似计算水蒸气也借用该式作近似计算 但但k不再具有热容比不再具有热容比(cp/cv)的含义，为经验值：的含义，为经验值：过热水蒸气过热水蒸气 k=1.3 干饱和水蒸气干饱和水蒸气 k=1.135 干度为干度为

5、x的湿蒸汽的湿蒸汽 k=1.035+0.1x 2022/9/206本讲稿第六页，共四十六页过程方程过程方程 连续性方程连续性方程能量方程能量方程 小结小结稳态稳流、绝热、不作轴功、不计重力位能的管道流动稳态稳流、绝热、不作轴功、不计重力位能的管道流动对水蒸气对水蒸气k为经验值为经验值滞止滞止绝热流动时因阻滞作用而达到流速为零的状态绝热流动时因阻滞作用而达到流速为零的状态滞止参数滞止参数P0、T0、v0 (c0=0)完全由进口气流初态确定完全由进口气流初态确定2022/9/207本讲稿第七页，共四十六页6.2 音速和马赫数音速和马赫数 音速音速 通常所说的音速指声波在空气中的传播速度通常所说的音

6、速指声波在空气中的传播速度 音速不是固定的，与传播介质的音速不是固定的，与传播介质的物性物性、热力状态热力状态有关有关对理想气体音速只与温度有关对理想气体音速只与温度有关对实际气体音速对实际气体音速a不仅与温度不仅与温度T 有关，还与气体的压力有关，还与气体的压力P或比体积或比体积v有关有关 水蒸气水蒸气中的音速也借用上式计算，其中的中的音速也借用上式计算，其中的k值按前述值按前述经验值经验值选取选取 流流道道中中气气体体热热力力学学状状态态不不断断变变化化，沿沿程程不不同同截截面面上上音音速速各各不不相相同同，对对特特定定截截面一般都强调为面一般都强调为“当地音速当地音速”2022/9/20

7、8本讲稿第八页，共四十六页马赫数马赫数 马赫数马赫数(M)流道中某一截面上的气体流速与当地音速之比流道中某一截面上的气体流速与当地音速之比 亚音速亚音速气体的流速小于当地音速气体的流速小于当地音速，M 1 2022/9/209本讲稿第九页，共四十六页 流速改变与压力变化的关系流速改变与压力变化的关系 对于流体可逆流动，过程的技术功可表达为对于流体可逆流动，过程的技术功可表达为6.3 促使流速改变的条件促使流速改变的条件 工程上常有将气流加速或加压的要求。例如：工程上常有将气流加速或加压的要求。例如：利用利用喷管喷管将蒸汽流加速，冲动汽轮机的叶轮作功；将蒸汽流加速，冲动汽轮机的叶轮作功；喷喷气气

8、式式发发动动机机则则利利用用喷喷管管将将气气流流加加速速后后喷喷出出，产产生生巨巨大大的的反反作作用用力力来推动装置运动来推动装置运动 通过通过扩压管扩压管利用气流的宏观运动动能令气流升压利用气流的宏观运动动能令气流升压 气气流流的的这这种种加加速速或或扩扩压压过过程程可可以以仅仅利利用用气气流流的的热热力力学学状状态态或或运运动动状状态态变变化来实现，无需借助其它机械设备化来实现，无需借助其它机械设备 2022/9/2010本讲稿第十页，共四十六页 管道中流动气流不作轴功，忽略重力位能变化管道中流动气流不作轴功，忽略重力位能变化 讨论中的流体流速讨论中的流体流速c一般应为正值，一般应为正值，

9、k、M2也是正值也是正值式中式中dc与与dP反号反号气体的流速变化与其压力的变化方向相反气体的流速变化与其压力的变化方向相反气流加速气流加速c00压力压力P反之亦然反之亦然2022/9/2011本讲稿第十一页，共四十六页喷管喷管 喷管和扩压管喷管和扩压管气流通过后能令气流气流通过后能令气流P，c的流道的流道扩压管扩压管气流通过后能令气流气流通过后能令气流P ，c 的流道的流道 流速改变与流道截面积变化的关系流速改变与流道截面积变化的关系 气气流流速速度度与与压压力力的的反反方方向向变变化化需需通通过过管管道道截截面面积积有有规规律律地地变变化化来来促促成成 根据气体流动的连续性方程及绝热过程方

10、程根据气体流动的连续性方程及绝热过程方程 2022/9/2012本讲稿第十二页，共四十六页对于亚音速流（对于亚音速流（M1）气体的流速将随流道截面积反向变化气体的流速将随流道截面积反向变化 喷管喷管渐缩状渐缩状扩压管扩压管渐扩状渐扩状 0喷管喷管(P,c)亚音速流亚音速流（M1）扩压管扩压管(P,c)亚音速流亚音速流（M1）0气体的流速将随流道截面积同向变化气体的流速将随流道截面积同向变化 喷管喷管渐扩状渐扩状扩压管扩压管渐缩状渐缩状 根据以上讨论，显然渐缩喷管只能将气流加速至音速根据以上讨论，显然渐缩喷管只能将气流加速至音速喷管喷管(P,c)超音速流超音速流（M1）扩压管扩压管(P,c)超音

11、速流超音速流（M1）气流在渐缩喷管出口截面上达到当地音速时，对应有一极限出口压气流在渐缩喷管出口截面上达到当地音速时，对应有一极限出口压力力P2，此后，任由喷管出口外的介质压力，此后，任由喷管出口外的介质压力Pb下降，喷管出口截面上的气流下降，喷管出口截面上的气流压力仍维持为压力仍维持为P22022/9/2014本讲稿第十四页，共四十六页 气流在缩放喷管的喉部处达到当地音速气流在缩放喷管的喉部处达到当地音速 拉伐尔喷管拉伐尔喷管c=a 若想令气流从亚音速加速至超音速若想令气流从亚音速加速至超音速喷管截面积应喷管截面积应先收缩，后扩大先收缩，后扩大缩放喷管，亦称拉伐尔喷管缩放喷管，亦称拉伐尔喷管

12、2022/9/2015本讲稿第十五页，共四十六页6.4 喷管喷管(nozzle)计算计算 通通常常依依据据喷喷管管进进口口处处的的工工质质参参数数(P1、t1)和和背背压压(Pb),并并在在给给定定流流率率的的条条件下进行喷管的设计计算件下进行喷管的设计计算 设计计算设计计算的目的在于确定喷管的形状和尺寸的目的在于确定喷管的形状和尺寸 校校核核计计算算的的目目的的则则在在于于预预测测各各种种条条件件下下的的喷喷管管工工作作情情况况，即即确确定定不不同同情情况下喷管的流量和出口流速况下喷管的流量和出口流速 流速计算流速计算 2022/9/2016本讲稿第十六页，共四十六页喷管出口速度喷管出口速度

13、 对喷管，由能量方程对喷管，由能量方程一般喷管进口处的气流速度远小于出口速度一般喷管进口处的气流速度远小于出口速度(c1 c2)(h0 h2)绝热焓降绝热焓降，亦称，亦称可用焓差可用焓差（任何工质，不论可逆与否）（任何工质，不论可逆与否）对于定比热容理想气体对于定比热容理想气体 h0、h1、h2分别取决于喷管进、出口处气流的热力状态分别取决于喷管进、出口处气流的热力状态2022/9/2017本讲稿第十七页，共四十六页初、终状态与流速的关系初、终状态与流速的关系 对于对于定比热容理想气体定比热容理想气体、可逆绝热可逆绝热流动过程流动过程 或或喷管出口流速喷管出口流速c2取决于气流的初态及气流在出

14、口截面上的取决于气流的初态及气流在出口截面上的压力压力P2对滞止压力对滞止压力P0之比之比当初态一定时，当初态一定时，c c2则仅取决于则仅取决于(P2/P0)式中式中T0、P0、v0为滞止参数，取决于气流的初态为滞止参数，取决于气流的初态c1较小时，可用喷管进口压力较小时，可用喷管进口压力P1代替代替P02022/9/2018本讲稿第十八页，共四十六页 c2随随(P2/P0)的变化关系如图示的变化关系如图示(P2/P0)=1时，时，c2=0(P2/P0)从从1逐渐减小时，逐渐减小时，c2增大增大气体不会流动气体不会流动初期增加较快，以后则逐渐减缓初期增加较快，以后则逐渐减缓 理论上当理论上当

15、 P2=0时，时，c2将达到将达到 c2,max 实际上，实际上，P20时，比体积时，比体积v2要求喷管出口截面无穷大要求喷管出口截面无穷大c2随随(P2/P0)的变化关系的变化关系此流速此流速不可能达到不可能达到 2022/9/2019本讲稿第十九页，共四十六页临界流速和临界压力比临界流速和临界压力比 气流在喉部截面处达到当地音速气流在喉部截面处达到当地音速该该截截面面称称为为临临界界截截面面，截截面面上上的的气气流流参参数数相相应应称称为为：临临界界压压力力Pcr、临临界界比比体积体积vcr 临界流速临界流速(ccr)ccr=a 临界流速临界流速ccr与临界压力与临界压力Pcr应有以下关系

16、：应有以下关系：ccr为当地音速为当地音速a 缩放喷管的最小截面处称为喷管的喉部缩放喷管的最小截面处称为喷管的喉部缩放喷管缩放喷管两式合并两式合并2022/9/2020本讲稿第二十页，共四十六页由过程方程由过程方程 定义定义 临界压力比临界压力比气流速度达到当地音速时的压力与滞止压力之比气流速度达到当地音速时的压力与滞止压力之比 以上为以上为定比热容定比热容理想气体理想气体可逆绝热流动可逆绝热流动过程的分析结论过程的分析结论（注意符号（注意符号“”与与“v”的区别的区别）上式整理，得上式整理，得2022/9/2021本讲稿第二十一页，共四十六页临界压力比临界压力比 cr仅与气体的热容比仅与气体

17、的热容比k有关有关 仅取决于气体的性质；仅取决于气体的性质；对变比热容理想气体对变比热容理想气体k值应按平均比热容确定；值应按平均比热容确定；对水蒸气对水蒸气k为经验数值而非热容比为经验数值而非热容比 对双原子气体对双原子气体k=1.4，临界压力比，临界压力比 cr=0.528 如取如取:过热汽的过热汽的k=1.3，则，则 cr=0.546干饱和汽干饱和汽k=1.135，则，则 cr=0.577概括起来，气体的临界压力比概括起来，气体的临界压力比 cr接近等于接近等于0.5 2022/9/2022本讲稿第二十二页，共四十六页 临界压力比临界压力比 cr是喷管中流体流动从亚音速过渡到超音速的转折

18、点是喷管中流体流动从亚音速过渡到超音速的转折点 超超音音速速流流动动与与亚亚音音速速流流动动有有原原则则区区别别。根根据据临临界界压压力力比比可可以以计计算算出出气气流流的的压压力力降降低低到到何何值值时时其其流流速速恰恰好好达达到到当当地地音音速速，因因此此临临界界压压力力比比 cr是是分分析析气体流动的一个重要参数气体流动的一个重要参数 2022/9/2023本讲稿第二十三页，共四十六页 对对给给定定的的定定比比热热容容理理想想气气体体（k值值一一定定），临临界界流流速速ccr仅仅取取决决于于滞滞止止参数参数P0、v0，或滞止温度，或滞止温度T0 由于滞止参数可由初参数确定由于滞止参数可由

19、初参数确定 临界流速仅取决于进口截面上的气流初参数临界流速仅取决于进口截面上的气流初参数 临界压力比下气流达到当地音速临界压力比下气流达到当地音速临界流速临界流速2022/9/2024本讲稿第二十四页，共四十六页 流量计算流量计算 由由连连续续性性方方程程知知，对对流流道道任任一一截截面面质质量流率相同量流率相同经整理可得经整理可得 在喷管出口截面处在喷管出口截面处 2022/9/2025本讲稿第二十五页，共四十六页它们的依变关系如图所示它们的依变关系如图所示 流量随流量随(P2/P0)的变化关系的变化关系 对于一定的喷管，当进口气流状态一定时对于一定的喷管，当进口气流状态一定时流量仅取决于流

20、量仅取决于(P2/P0)渐缩喷管工作情况渐缩喷管工作情况 背压背压喷管出口外的介质压力喷管出口外的介质压力PbPb到达临界压力比到达临界压力比 cr时时P2，出口达到临界流速出口达到临界流速ccr，即当地音速，即当地音速Pb=P2=Pcr=cr P0 当背压当背压Pb高于临界压力高于临界压力Pcr时时且有且有Pb=P2PbP22022/9/2026本讲稿第二十六页，共四十六页流量随流量随(P2/P0)的变化关系的变化关系 此此后后，背背压压Pb如如再再降降低低，由由于于渐渐缩缩喷喷管管中中流流道道截截面面积积始始终终是是收收缩缩的的，气气流流截截面面不不可可能能得得到到扩扩展展，任任由由背背压

21、压下下降降，喷喷管管的的出出口口压压力力将将仍仍然然保保持持为为P2=Pcr，气气流流的的膨膨胀胀、加加速速也也就就到到此此为为止止，即即渐缩喷管的最大出口速度就是当地音速渐缩喷管的最大出口速度就是当地音速Pb 随出口流速随出口流速c2 ccrP22022/9/2027本讲稿第二十七页，共四十六页 在在PbPcr时时Pb Pb c2=ccr缩放喷管缩放喷管（拉伐尔喷管）（拉伐尔喷管）适用于从亚音速加速到超音速适用于从亚音速加速到超音速在喉部截面达到临界状态，在喉部截面达到临界状态，c2=ccr随随Pb P2，c2 任任由由背背压压下下降降流流量量不不会会增增大大，始始终终等等于于由由喉喉部最小

22、截面确定的流量部最小截面确定的流量2022/9/2030本讲稿第三十页，共四十六页例例6-1（习习题题8-2）进进入入出出口口截截面面面面积积A2=10cm2的的渐渐缩缩喷喷管管的的空空气气初初参参数数为为P1=2106Pa、t1=27，初初速速度度很很小小，可可以以忽忽略略不不计计。求求空空气气经经喷喷管管射射出出时时的的速速度度、流流量量以以及及出出口口截截面面处处空空气气的的状状态态参参数数v2、t2。设设喷喷管管背背压力压力分别为分别为1.5MPa、1MPa。空气的比热容。空气的比热容cp=1.005kJ/(kg K)，k=1.4。解：解：空气的临界压力比空气的临界压力比 按题给，按题

23、给，初速度很小初速度很小空气的滞止状态可视为与进口状态相同，即空气的滞止状态可视为与进口状态相同，即 空气的临界压力空气的临界压力对于渐缩喷管计算首先应判断出口截面上是否到达临界状态对于渐缩喷管计算首先应判断出口截面上是否到达临界状态2022/9/2031本讲稿第三十一页，共四十六页 题题给给第第一一种种情情况况下下，Pb=1.5 MPaPcr，对对于于渐渐缩缩喷喷管管其其出出口口流流速速应应低低于于临界流速，出口压力等于背压，临界流速，出口压力等于背压，P2=Pb 比体积比体积 出口速度出口速度 喷管出口处空气温度喷管出口处空气温度 喷管流量喷管流量2022/9/2032本讲稿第三十二页，共

24、四十六页 题给第二种情况下，题给第二种情况下，Pb=1.0 MPaPcr，喷管出口应为临界状态，这时，喷管出口应为临界状态，这时 出口温度出口温度 出口压力出口压力 出口比体积出口比体积 出口速度出口速度 喷管流量喷管流量2022/9/2033本讲稿第三十三页，共四十六页例例6-2空空气气流流经经喷喷管管作作定定熵熵流流动动。已已知知进进口口截截面面上上空空气气参参数数为为P1=0.5MPa、t1=500、c1=111.46m/s；出出 口口 截截 面面 上上 空空 气气 压压 力力 为为P2=0.10416MPa；质量流率为；质量流率为。试求喷管出口截面积。试求喷管出口截面积A2、空空气气温

25、温度度t2、比比体体积积v2、流流速速c2，以以及及进进口口和和出出口口截截面面的的当当地地音音速速，并并说说明明喷喷管管中中气气体体的的流流动动状状况况。空空气气可可视视为为定定比比热热容容理理想想气气体体，cp=1.004kJ/(kgK),Rg=287J/(kgK),k=1.4解解：出口截面上的空气参数出口截面上的空气参数 按题给，空气作定熵流动，有按题给，空气作定熵流动，有由理想气体状态方程，有由理想气体状态方程，有2022/9/2034本讲稿第三十四页，共四十六页 出口截面上的空气流速出口截面上的空气流速 出口截面积出口截面积 由连续性方程，有由连续性方程，有 喷管进口、出口截面处的当

26、地音速喷管进口、出口截面处的当地音速 进口截面当地音速进口截面当地音速 出口截面当地音速出口截面当地音速2022/9/2035本讲稿第三十五页，共四十六页 喷管内流动情况喷管内流动情况 由计算结果：进口截面处流速由计算结果：进口截面处流速c1小于当地音速小于当地音速a1；出口截面处流速出口截面处流速c2大于当地音速大于当地音速a2知空气在喷管中的流动情况为从亚音速被加速过渡至超音速知空气在喷管中的流动情况为从亚音速被加速过渡至超音速喷管应为缩放形喷管。喷管应为缩放形喷管。2022/9/2036本讲稿第三十六页，共四十六页6.5 绝热节流绝热节流 节流节流(throttling)节流节流流体在流

27、道中流经阀门、孔板等截面急剧收缩的流体在流道中流经阀门、孔板等截面急剧收缩的地方后发生压力下降的现象地方后发生压力下降的现象 一一般般讨讨论论节节流流过过程程时时均均认认为为流流体体不不与与外外界界交交换换热热量量、不不作作轴轴功功，且为稳态稳流过程且为稳态稳流过程绝热节流绝热节流 绝热节流的特征绝热节流的特征节流过程是不可逆过程节流过程是不可逆过程 节节流流时时流流道道截截面面急急剧剧收收缩缩，流流线线先先是是急急剧剧收收缩缩，随随后后又又急急剧剧扩扩张张，在在节节流流区区内内产产生生许许多多涡涡流流 节流节流此外，流体通过节流孔道时流速加快，引起强烈摩擦此外，流体通过节流孔道时流速加快，引

28、起强烈摩擦节流为典型不可逆过程节流为典型不可逆过程 2022/9/2037本讲稿第三十七页，共四十六页节流令流体的压力降低节流令流体的压力降低 发发生生节节流流时时随随着着流流体体的的流流速速变变化化，其其压压力力先先下下降，通过节流截面后又逐渐回升降，通过节流截面后又逐渐回升 节流的流速和压力变化节流的流速和压力变化 节节流流区区上上游游和和下下游游相相距距足足够够远远处处的的两两个个截面相比截面相比节流前后流体的流速接近相等节流前后流体的流速接近相等 节节流流后后流流体体的的压压力力有有了了降降低低，不不能能再再恢恢复复到到原先的水平原先的水平 发生节流时流速先升高，通过节流截面后又逐渐回

29、落发生节流时流速先升高，通过节流截面后又逐渐回落 节流区节流区上游和下游相距足够远处上游和下游相距足够远处的两个截面相比的两个截面相比节流前、后流体的流速近似相等节流前、后流体的流速近似相等 2022/9/2038本讲稿第三十八页，共四十六页绝热节流前后流体的焓相等绝热节流前后流体的焓相等 由稳态稳流的能量方程由稳态稳流的能量方程 000认为节流前、后流体的流速相等时认为节流前、后流体的流速相等时 0绝热节流的重要特征绝热节流的重要特征 节节流流区区内内沿沿流流动动方方向向各各截截面面上上的的流流体体流流速速明明显显不不同同，流流体体的的焓焓值值显然不相等显然不相等节流过程并非等焓过程节流过程

30、并非等焓过程 节流前后流体的焓相等节流前后流体的焓相等2022/9/2039本讲稿第三十九页，共四十六页 节流的温度效应节流的温度效应 由热力学一般关系由热力学一般关系（麦克斯韦关系）（麦克斯韦关系）2022/9/2040本讲稿第四十页，共四十六页 流体发生微元节流流体发生微元节流，结果，结果dP0，dh=0 定义定义节流微分效应节流微分效应亦称亦称绝热节流系数、焦耳绝热节流系数、焦耳-汤姆逊系数汤姆逊系数，或以或以 h表示表示 节流结果恒有节流结果恒有dP0 dT0，节流后流体将降温，节流后流体将降温冷效应冷效应当当 J0，节流后流体将升温，节流后流体将升温热效应热效应当当 J=0 dT=0

31、，节流后流体温度将不变，节流后流体温度将不变零效应零效应2022/9/2041本讲稿第四十一页，共四十六页 对对于于有有限限节节流流过过程程，流流体体将将发发生生有有限限的的压压力力降降 P，这这种种情情况况的的温温度度效应可对焦耳效应可对焦耳-汤姆逊系数求积获得汤姆逊系数求积获得 节流积分效应节流积分效应 焦耳焦耳-汤姆逊系数可通过焦耳汤姆逊系数可通过焦耳-汤姆逊实验来确定汤姆逊实验来确定 焦耳焦耳-汤姆逊实验原理示汤姆逊实验原理示意图意图 焦焦耳耳-汤汤姆姆逊逊实实验验是是研研究究流流体体物物性性的的重重要要手手段，原理如图示段，原理如图示 实实验验方方法法是是在在管管道道中中装装设设一一

32、可可调调节节的的节节流流孔孔板板，通通过过收收缩缩或或扩扩大大节节流流孔孔径径以以调调节节对对流流体体的的节流深度，即改变流体节流后的压力节流深度，即改变流体节流后的压力P22022/9/2042本讲稿第四十二页，共四十六页 令令流流体体从从某某一一状状态态1(P1,T1)开开始始进进行行节节流流，在在足足够够远远的的下下游游测测定定节节流流后后的的流流体体状状态态 2(P2,T2)通通过过收收缩缩孔孔板板的的节节流流孔孔径径逐逐渐渐加加深深节节流流的的深深度度，可可获获得得一一系系列列节节流流后后的的流流体体状状态态点点2a、2b、M、2c 焦耳焦耳-汤姆逊实验汤姆逊实验 连同始点连同始点1

33、联成一条联成一条等焓线等焓线并非绝热节流过程线并非绝热节流过程线只是流体绝热节流前和节流后的状态所落在的同一只是流体绝热节流前和节流后的状态所落在的同一条曲线条曲线 该定焓线上任一点的斜率就是流体处于对应状态时的绝热节流系数该定焓线上任一点的斜率就是流体处于对应状态时的绝热节流系数 J TP2022/9/2043本讲稿第四十三页，共四十六页 图图中中一一定定焓焓值值范范围围内内的的等等焓焓线线上上各各有有一一温温度度为为极极大大值值的的点点（例例如如M）转转回回点点，对对应的温度应的温度 实验结果如图所示实验结果如图所示 在在转转回回点点上上微微分分节节流流效效应应发发生生转转折折，节节流流从

34、从热热效效应应转转变变为为冷冷效效应应，J=0，即微分节流零效应，即微分节流零效应 改改变变流流体体开开始始节节流流的的状状态态，重重复复上上述述过过程程，可可获获另另一一系系列列节节流流后后的的状状态态点点，联联得得另另一一等等焓曲线焓曲线 转回温度转回温度 各转回点的联线各转回点的联线转回曲线转回曲线转回曲线内转回曲线内冷效应区冷效应区转回曲线转回曲线转回曲线外转回曲线外热效应区热效应区2022/9/2044本讲稿第四十四页，共四十六页 流流体体节节流流的的结结果果究究竟竟是是产产生生热热效效应应，还还是是零零效效应应或或冷冷效效应应，取取决决于于节节流流开开始始时时流流体体处于什么状态，

35、以及节流的深度处于什么状态，以及节流的深度 转回曲线转回曲线 当当流流体体的的进进口口状状态态处处于于冷冷效效应应区区时时，积积分分节节流总是呈冷效应流总是呈冷效应 节流深度愈大（压力降愈大）节流后温度降低愈甚节流深度愈大（压力降愈大）节流后温度降低愈甚 对于理想气体，由状态方程对于理想气体，由状态方程Pv=RgT 理想气体节流后温度不会发生变化理想气体节流后温度不会发生变化 v=02022/9/2045本讲稿第四十五页，共四十六页 对对于于临临界界温温度度tc不不太太低低的的实实际际气气体体（多多数数气气体体如如此此），如如水水蒸蒸气气，一一般般情况下节流后温度将下降情况下节流后温度将下降

36、节流现象的技术应用节流现象的技术应用 利用流体节流的冷效应是获得低温的常用方法；利用流体节流的冷效应是获得低温的常用方法；流流体体节节流流后后压压力力降降低低程程度度与与流流体体的的流流量量有有关关，根根据据节节流流压压降降大大小小可可以确定流体的流量（使用节流孔板）；以确定流体的流量（使用节流孔板）；节节流流使使工工质质作作功功能能力力下下降降，借借此此可可以以简简便便调节动力机的功率；调节动力机的功率；利用节流对流体实行减温减压；利用节流对流体实行减温减压；利用实验测定的绝热节流系数利用实验测定的绝热节流系数 J可以可以导出相当精确的实际气体经验形式的状态方程导出相当精确的实际气体经验形式的状态方程 第第12次作业次作业：8-1、8-13 2022/9/2046本讲稿第四十六页，共四十六页