第七章_压缩、膨胀、蒸汽动力循环及制冷循环

k 1 k p2 k Ws ( r ) Z m RT1 1 (7 3b) p1 k 1
n 1 n p2 n Ws ( r ) Zm RT1 1 (7 4b) p1 n 1
2 、节流效应（焦汤效应）（ Joule-Thomson ）
定义：流体节流时，由于压力的变化而引起 温度的变化称为节流效应。 节流时微小压力的变化所引起的温度变化， 称为微分节流效应系数。 数学式为
T J＝ P H
P
V T V T T ＝ ＝ C P
k 1 k p2 k- 绝热指数，与气 k Ws ( r ) RT1 1 (7 3a) 体性质有关。 k 1 p1
（3）多变压缩 pVn=常数, n-多变指数 1 <n<k
Ws ( r )
n 1 n p2 n RT1 1 p1 n 1
J H P
7 6
3.节流膨胀制冷的可能性分析
⑴对理想气体
PV RT
V T V T P J＝ CP
RT V P
R V T P P
R RT T J＝ P P 0 CP
说明理想气体在节流过程中温度不发生变化。
J
转化曲线（inversion curve)
显然，工作物质（即筒内
的气体）不同，转化曲线的T,p
区间也不同。
例如， N 2 的转化曲线温 度高，能液化的范围大； 而H 2 和 He 则很难液化。 结论：不是所有气体在所有 T ， p 下的节流膨胀均能使 T 降低。
4.积分节流效应
实际节流时，压力变化为一有限值，由此所引 起的温度变化称为积分节流效应 。 P2 P2 1 V TH T2 T1 J dP T ( ) P V dP P P 1 1 C T P
7.2 气体的膨胀
工业上通常利用高压气体的节流膨胀和绝热膨胀来 获得低温和冷量，这两种获得低温的方法虽然都是利用 气体膨胀降温的原理，但它们的热力学特征是不同的。
7.2.1 节流膨胀（throttling process） 流体在管道流动时，常流经阀门、孔板等管件，由
于局部阻力，使流体压力显著降低，这种现象—节流。
等温、绝热、多变三种过程。
在正常工况下都可视为稳流过程。因此压缩过程的
理论轴功可用稳流体系的热力学第一定律来描述（一般
忽略动能和势能）：
Ws (r ) H Q (6 3)
适用于任何介质的可逆或不可逆过程。 对可逆过程的轴功，还可按下式计算：
Ws ( r ) Vdp
p1
p2
(7 1)
T1，p1——节流膨胀前的温度、压力 T2，p2——节流膨胀后的温度、压力
(1) 若压力变化不大，节流效应系数为常数
T ( p p )
H J 2 1
H
273 ( 2)对于空气估算T 0.29P（ ） T
2
P TH ；T1 TH ， 需要预冷使T1
第七章
压缩、膨胀、蒸汽动力 循环与制冷循环
前言
热能和功之间如何实现互相转化？——通过工质 在循环过程中的状态变化而实现的。 循环的种类： 1.动力循环（正向循环）—将热能转化为机械能 的循环。这种循环是产功的过程，其主要设备是 各种热机。 2..制冷循环（逆向循环）—将热能从低温热源转 给高温热源的循环。制冷循环是耗功的过程，其 主要设备是各种制冷机。
1
(3)T-S图法 工程上，积分节流效应Δ TH 可直接利用热
力学图求得，极为简便，见图7-9。
Fra Baidu bibliotek
图7-9 积分节流效应

7.1 气体的压缩
功与变化的途径有关。 虽然始终态相同，但途径不同，所作的功也大不相同。 显然，可逆膨胀，体系对环境作最大功； 可逆压缩，环境对体系作最小功。
化工生产中常用的压气机：
压缩机，鼓风机等。
虽然机构和工作原理不尽相同，但从热力学观点来看， 气体状态变化过程并无本质区别，都是消耗电能或机械能使 气体压缩升压的过程。 从热力学的角度又可分为:
气体压缩过程的变化规律以及理论功耗的计算 （1）等温压缩 对理想气体，pV=RT，等温过程的焓变为0，所以
Ws ( r ) p2 Q Vdp RT1 ln p1 p1
p2
(7 2a)
（2）绝热压缩—Q=0
Ws ( r ) H Vdp
p1 p2
对理想气体，pVk=常数， 代入上式得：
⑵对真实气体
J-T 是体系的强度性质。因为节流过程的 dp 0 ,
所以当：
①µ J＞0，表示节流后，随着压力的减小， 温度是降低的。制冷 ②µ J=0 ，表示节流过程温度不变。
③µ J<0 ，表示节流后，随着压力降低，温度 升高。制热
节流膨胀小结： ⑴节流过程的主要特征是等焓； ⑵理想气体节流时温度不变，不能用于 制冷或制热； ⑶真实气体节流效应取决于气体的状态， 在不同的状态下节流，具有不同的微分节 流效应值。
流体通过节流阀门或多孔塞，如节流膨胀或绝热闪
蒸过程。
1、特点：
（1）节流过程进行得很快，可以认为过程为绝热。
（2）节流过程不对外作功。
（ 3）节流过程是典型的不可逆过程，节流后流体 的熵必定增加 S2>S1 。 （4）节流过程是等焓过程。 （5）利用节流过程，获得低温和冷量。 （6）理想气体节流后温度不变。
(7 4a)
T
V
S
从上述图中可看出： WS (r ),绝热 WS (r ),多变 WS (r ),等温 在出口压力相同条件下： T2,绝热 T2,多变 T2,等温
对非理想气体：（均假设可逆过程） 等温压缩
Ws ( r ) p2 Z m RT1 ln p1 (7 2b)
绝热压缩 多变压缩