为什么气体节流后体积要缩小?

发布网友发布时间：2024-02-10 11:40

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热心网友时间：2024-02-10 16:26

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。