焦耳—汤姆逊阀制冷原理.docx

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节流膨胀(ThrottlingExpansion)也叫焦耳一汤姆逊膨胀,即较高压力下的流体(气或液)经多孔塞(或节流阀)向较低压力方向绝热膨胀过程。
1852年,焦耳和汤姆逊设计了一个节流膨胀实验,使温度为T1的气体在一个绝热的圆筒中由给定的高压p1经过多孔塞(如棉花、软木塞等)缓慢地向低压p2膨胀。多孔塞两边的压差维持恒定。膨胀达稳态后,测量膨胀后气体的温度T2。他们发现,在通常的温度T1下,许多气体(氢和氦除外)经节流膨胀后都变冷(T2<T1)。如果使气体反复进行节流膨胀,温度不断降低,最后可使气体液化。
调节阀在管道中起可变阻力的作用。它改变工艺流体的紊流度或者在层流情况下提供一个压力降,压力降是由改变阀门阻力或“摩擦”所引起的。这一压力降低过程通常称为“节流”。对于气体,它接近于等温绝热状态,偏差取决于气体的非理想程度(焦耳一汤姆逊效应)在液体的情况下,压力则为紊流或粘滞摩擦所消耗,这两种情况都把压力转化为热能,导致温度略为升高。
根据热力学原理,在焦耳-汤姆逊实验中系统对环境做功-W=p2V2-p1V1,V1及V2分别为始态和终态的体积。Q=0,故AU=-(p2V2-plV1);U2+p2V2=U1+p1V1;即H2=H1。所以焦耳汤姆孙实验的热力学实质是焓不改变,或者说它是一个等焓过程。
由于理想气体的焓值只是温度的函数,即焓值不变温度不变,故
理想气体节流前后温度不变。对于实际气体,其比焓是温度和压力的函数,即比焓受温度和压力的共同影响,又节流过程焓值不变,则压力降低,温度就会变化。
焦耳-汤姆逊(开尔文)系数可以理解为在等焓变化的节流膨胀中(或是焦耳-汤姆逊作用下)温度随压力变化的速率。
MJT的国际单位是K/Pa,通常用。C/bar。
,则气体降温,反之则升温。大气压下焦耳汤姆逊效应中氦气和氢气通常为升温性质的气体,而大多数气体则是降温对于理想气体焦耳汤姆逊系数为零,在焦耳汤姆逊效应中既不升温也不降温。
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气体在绝热节流时,节流前后的比焓值不变。这是节流过程的主要特征。由于节流时气流内部存在摩擦阻力损耗,所以它是一个典型的不可逆过程,节流后的熵必定增大。
焦耳汤姆逊阀是利用焦耳一汤姆逊效应制成的阀门,简称J-T阀,
用来实现降温,多用于天然气的液化工艺中,外形与截止阀无异,只
是内部结构不一样。
某公司在液体高压差情况下选用J-T阀门,多用套筒阀,这类阀门经过多级降压,减少闪蒸与气蚀的发生,从而满足工况的要求。
Hysys模拟如下:
PR方程,
1、由35°?
甲烷膨胀前气态,(气态)
乙烷膨胀前气态,(气态)
丙烷膨胀前气态,()
异丁烷膨胀前液态,(液态)
CO2膨胀前气态,(气态)
2、?
丙烷膨胀前气态,()
异丁烷膨胀前液态,()
3、由-?
甲烷膨胀前气态,膨胀后T02C(气态)
乙烷膨胀前液态,膨胀后-(液态)结论:天然气气态或气液态,压力降低时,温度是降低的。
液态降压后仍为液态则温度升高。
液态降压后为气液态则温度降低,有相变,属于蒸发制冷。
所以天然气气态或气液混合态,压力降低时,温度是降低的,符合J-T效应,对应的阀就叫J-T阀。