节流效应——精选推荐

当气体或液体在管道内流过一个缩孔或一个阀门时，流动受到阻碍，流体在阀门处产生漩涡、碰撞、摩擦。

流体要流过阀门，必须克服这些阻力，表现在阀门后的压力P2比阀门前的压力P1低得多。

这种由于流动遇到局部阻力而造成压力有较大降落的过程，通常称为“节流过程”。

实际上，当流体在管路及设备中流动时，也存在流动阻力而使压力有所降低。

但是，它的压力降低相对较小，并且是逐渐变化的。

而节流阀的节流过程压降较大，并是突然变化的。

在节流过程中，流体既未对外输出功，又可看成是与外界没有热量交换的绝热过程，根据能量守恒定律，节流前后的流体内部的总能量(焓)应保持不变。

但是，组成焓的三部分能量：分子运动的动能、分子相互作用的位能、流动能的每一部分是可能变化的。

节流后压力降低，质量比容积增大，分子之间的距离增加，分子相互作用的位能增大。

而流动能一般变化不大，所以，只能靠减小分子运动的动能来转换成位能。

分子的运动速度减慢，体现在温度降低。

当气体节流后，由于压力降低，气体体积膨胀，分子间的距离增大，分子间的位能增加，相应的动能减小，而分子的动能大小可反映出温度的高低，所以，一般情况下，气体节流后温度总是有所降低。

并不是所有流体节流膨胀后会降温的。

比如氢气会升温。

用气态方程解释节流过程是不合适的，因为气态方程的表达中，没有考虑能量的变化，而温度的升高与降低，是与物质的能量相关的。

对于大部分气体，由于节流过程是一个减压膨胀过程，这时气体通过膨胀对外作功，体系内能降低，温度也就下降了。

对于分子量非常小的气体，则不适用此解释。

对于气体来说：节流的温度升高还是降低，跟焦耳汤姆逊系数有关，跟目前的状态有关（P，V）；即气体节流温度降低和升高要看节流前气体状态。

如氢气和氦气，节流后温度增加的。

所以氢气的泄露危险性比较高的原因也是因为这样。

因为氢气节流温度升高产生火焰或者爆炸。

气体流过节流阀前后，气体的压力、温度、流速、密度是怎样变化的。

众所周知，节流后流体压力必定降低，但温度、流速以及密度估计很少有人关心，首先说温度，根据热力学原理，压缩放热，膨胀吸热，也就是流体压力增高其本身的温度也要升高，要向外释放热量，压力降低，本身温度降低，要吸收外界热量，对于气体尤为明显，因此节流后，气体的温度会降低，对于常温下的气体，经过较大程度的节流后，压降大则温度降低的多，现场常会发现节流后的气体管线有结霜现象，就是这个道理。

再说流速的变化情况，对于液体，因可以忽略其压力变化对体积造成的影响，流量一定的情况下，流速是与管径，也就是流道面积决定的，如果节流阀前后管径相同，则流体流速应该不变，对于气体则不然，由于气体的压力变小、体积必然增大也就是在此压力下的相对流量要增大(实际流量肯定是不变的)，因此其节流后的流速增大，在节流后压力下的体积增大，密度必然减小，这就是气体流经节流阀前后参数的变化，即：压力降低、温度降低、流速增大、密度减小。

气体在节流过程中的温度变化叫做焦耳－汤姆逊效应（简称焦－汤效应），即节流效应。

造成这种现象的原因是因为实际气体的焓值不仅是温度的函数，而且也是压力的函数。

大多数实际气体在室温下的节流过程中都有冷却效应，即通过节流元件后温度降低，这种温度变化叫做正焦耳－汤姆逊效应。

少数气体如氢、氦在室温下节流后温度升高，这种温度变化叫做负焦耳－汤姆逊效应。

这种效应需要用“焦汤系数”μ来解释：它的定义为μ=(αT/αP)H（注：这里α指偏微分，H指等焓过程），因为在节流过程中气体的压强总是降低的（dP<0），因此：
1、当μ＞0时，dT＜0，表明节流后气体的温度降低了，称为正效应；
2、当μ＜0时，dT＞0，表明节流后气体的温度升高了，称为正效应；
3、当μ=0时，dT=0，表明节流后气体的温度不变，称为零效应。

节流致冷时，流体的初始温度应该低于最大转变温度TK。

一般气体的TK远高于室温，约为临界温度的 4.85～6.2倍。

如二氧化碳的TK(CO2)=1275K，氩气的TK(Ar)=765K，空气的TK(Air)=603K。

而氢、氦、氖，它们的最大转变温度低于室温，因此必须将它们预先冷却到TK以下，才能得到节流致冷的效果，即呈现正节流效应。

它们的TK分别为：TK(H2)=204K ；TK(He)=46K ；TK(Ne)=230K。

上式中的K是热力学温度，它与摄氏温度的转换为T=t+273.15℃。

即，它们呈现正节流效应的温度为， T(H2)=-69.15℃；T(He)=-227.15℃；T(Ne)=-43.15℃。