Question

请教懂高等物理或热力学的朋友“节流膨胀”的问题

Answer 1

分类: 教育/科学 >> 科学技术
问题描述:

请教一下热力学问题：

关于制冷系统中的“节流膨胀”，我现在在自学制冷，不是很清楚里面的原理。想向您请教一下。我们以空调中的毛细管或膨胀阀为例。我们知道“节流膨胀”是可以看成“与外界绝热”的，并且也不对外界做功的。那么制冷剂在既没有与外界发生热交换，又没有与外界做功的情况下，自身的温度却降低了。那么是什么原理导致制冷剂温度降低了呢？我见过网上有一个用“微积分”分析“节流膨胀”导致温度降低原理的方法，但是我文化程度比较低，不懂微积分，所以看不明白。您能否抛开微积分，纯粹从“能量守恒”的角度解释一下“节流膨胀”的原理。

我是这样分析的，您看对不对：“节流膨胀时，因为体积快速膨胀，分子间距离突然变大，分子间的位能增加，这时，位能的增加必然需要其它能量的补充，因为是快速膨胀，所以来不及吸收外界的热，于是，分子吸收自身的热量，把分子的动能转变为分子间位能。因此位能的减少导致制冷剂节流膨胀后温度降低。”

以上是我自己的分析，但是我对这种分析的正确性不敢肯定，在书上我也没见过这种说法。我周围没有学热力学的朋友，因此没法对此问题加以探讨。希望能得到您的帮助。

解析:

找一本大学的热力学书，上面有解释，叫做“焦耳-汤姆孙效应”，对于不同的气体，一般情况下，温度会降低，也有特殊情况气体的温度不变或者增高的

焦耳-汤姆孙效应

Joule-Thomson effect

气体通过多孔塞膨胀后所引起的温度变化现象。1852～1862 年 ，J.P.焦耳和W.汤姆孙通过一系列实验发现这一效应。这是一种绝热节流过程，即在绝热条件下，管道中的高压气体经多孔塞节流阀流向低压一边的过程。节流过程中 ，气流接近多孔塞孔口时，截面积很快缩小，流速很快增大 ；经过孔口后，截面积又渐扩大，流速减低。由于过程是在绝热条件下进行的，所作净功应等于系统内能的变化。对于理想气体，经绝热节流过程后，温度应不变。对于实际气体 ，经绝热节流过程后，温度可能降低、升高或不变，分别称为正的、负的或零焦耳-汤姆孙效应。正的焦耳-汤姆孙效应亦称致冷效应 ，负的焦耳-汤姆孙效 应亦称致热 效应 ，零焦耳-汤姆孙效应相应的温度称为焦耳-汤姆孙效应的转变温度。焦耳-汤姆孙效应是实际气体偏离理想气体的结果。

绝热节流过程的研究，对于气体的液化，以及汽轮机 、喷气机、压气机和压缩器等装置中喷管和扩压管的设计有重要意义。