实际气体绝热节流系数的计算

蒸汽等实际气体绝热过程中的状态计算

第25卷第3期2006年8月

文章编号:1006-4869(2006)03-0020-03南昌工程学院学报JournalofNanchangInstituteofTechnologyVol.25No.3Aug.2006

实际气体绝热节流系数的计算

陈小玲

(南昌工程学院教务处,江西南昌330099)

摘　要:实际气体的绝热节流效应通常用绝热节流系数来表示.,节流系数可用计算法和作图法来确定.

关键词:实际气体;绝热节流;节流系数

中图分类号:O414.19:CaculationofAdiabaticThrottleCoefficientforRealGas

CHENXiao2ling

(TeachingAffairsOffice,NanchangInstituteofTechnology,Nanchang330099,China)

Abstract:Adiabaticthrottlecoefficientisusedtodenoteadiabaticthrottleeffectofrealgas.Thedetermi2nationofthrottlecoefficientofrealgasinadiabaticthrottleprocessisdiscussedinthispaper.Thethrottlecoefficientcanbedeterminedbymeansofchartandcalculation.

Keywords:realgas;adiabaticthrottle;throttlecoefficient

0　引　言

当气体在管道中流动时,由于局部阻力,如遇到缩口和调节阀门时,其压力显著下降,这种现象叫做节流.工程上由于气体经过阀门等流阻元件时,流速大时间短,来不及与外界进行热交换,可近似地作为绝热过程来处理,称为绝热节流.

实验发现,实际气体节流前后的温度一般将发生变化.气体在节流过程中的温度变化叫做绝热节流效应(也称焦耳—汤姆逊效应).绝热节流效应通常用绝热节流系数(也称焦耳—汤姆逊系数)来表示.本文主要讨论绝热节流系数的计算方法.

1　节流过程的热力学特征

实际气体节流过程是典型的不可逆过程,过程中气体处于非平衡状态.研究节流过程,是研究从节流前到节流后气体分别处于平衡态时各种参数通过节流过程引起的变化.因为节流过程中气体与外界无热量交换,亦无净功量的交换,如果保持气体在节流后的高度和流速不变,即无重力势能和宏观动能的变化(或变

[1]化小到可以忽略不计),则节流后气体的焓H2与节流前的焓H1相等,H2=H1,即气体在绝热节流时,节

流前后的焓值不变.这是节流过程的主要特征.

对于理想气体,焓值仅仅是温度的单值函数,因此节流前后温度不变.实际气体的焓值不仅是温度的函收稿日期:2006-06-30

作者简介:陈小玲(1967-),女,江西婺源人,副教授,硕士.

蒸汽等实际气体绝热过程中的状态计算

第3期陈小玲:实际气体绝热节流系数的计算21数,而且也是压力的函数.多数实际气体在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.少数气体在节流后温度升高,这种温度变化叫做负焦耳-汤姆逊效应.如果

[1-3]节流前后温度不变,这种效应称为零效应,理想气体在节流过程中为零效应.

绝热节流系数常用节流过程前后气体温度随压力的变化率表示:

μ=.9H

即:绝热节流系数μ是在焓值保持不变时温度对压力的偏微商.

对于正焦耳-汤姆逊效应μ>0;对于负焦耳-汤姆逊效应μ;零效应μ=2　绝热节流系数的计算

.对于实际气体,理想气体的状态方程不适用,必须考虑实际气体的特征,.许多物理科学家建立了各种不同形式的气体状态方程,其中形式较为简单、物理意义比较清楚的是范德瓦尔斯方程.1mol气体的范德瓦尔斯方程为

P(V-b)=RT.2V

V(1)式中b为考虑气体体积后引入的修正量,而2为考虑分子引力后引入的修正量.

2.1　计算法

由热力学基本微分方程dU=TdS-PdV,做勒让德变换H=U+PdV,可得dH=Tds+Vdp.

[1]

对于1mol范德瓦尔斯气体,利用麦克斯韦关系得出

dH=CpdT--dP.9P

将式(2)应用于焓值不变(dH=0)的场合,可以得出

μ==-.9HCP9P

ρμ=进一步得出.-2CPρT9

此式给出绝热节流系数μ与定压热容量CP及状态方程之间的关系.

将式(1)改写为

展开式(5)中二项式并忽略

2(2)(3)(4)1-PVV-1-2.V(5)(其值小于1)的二次以上的高次项,可得:V2(1+(1)-2=ρP2+…)-2≈RT+ρ(bRT-a).VVVVVVV

3式中,P为压力Pa;ρ为密度kg/m;R为气体常数J/(kg.K);T为温度K.将P分别对T和ρ取偏导数,可得

2ρ(bRT-a).=ρP+ρbR,=2T9ρ将偏导数计算式代入绝热节流系数计算式(4),则对于气体某具体状态,压力、温度给定条件下,可计算出此状态下的绝热节流系数.

蒸汽等实际气体绝热过程中的状态计算

22南昌工程学院学报2006年

2.2　作图法测定绝热节流系数的实验叫作焦耳-汤姆逊实验.在图1所示的实验装置中,保持气体进口状态1不变,而用改变节流阀门开度方法,得到气体经过节流后的不同出口状态2a、2b、2c….测出各状态的压力和温度值,并把它们表示在T-p坐标图上,如图2所示.气体在节流前、后焓值相等,即状态点1、2a、2b、2c…有相同的焓值,它们的连线是一条定焓线.改变进口状态1,重复进行上述实验,就可得出一系列不同数值的定焓线,并可在T-p图上描出定焓线簇.在任意的一个状态点上,定焓线的斜率就是实验气体处于该处状态时的绝热节流系数μ

.[3]

从图2可以看到,在一定的焓值范围内,每一条定焓线有一个温度最大值点,如1-2e线上的M点.在这

个点上,μ==0,这个点称为转换点,其温度称为转换温度.每一条9H

定焓线的转换点连成的线给出转换温度与压力的关系.图3是从实验测得的N2的转换温度与压力的关系,转换曲线将T-p图分成两个区域:在曲线的一侧μ>0,气体经节流过程后降温,称为冷效应区;在曲线的另一侧μ<0 …… 此处隐藏：961字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……