绝热节流的计算公式

因为过程中流体与外界无热量交换，亦无净功量的交换，如果保持流体在节流后的高度和流速不变，即无重力位能和宏观动能的变化（或变化小到可以忽略不计），则节流后流体的焓h2与节流前的焓h1相等，即

h2 = h1

同时，因绝热节流是不可逆的绝热过程，节流后流体的熵必然增大，有

s2 >s1

气态流体经绝热节流后，比体积随压力降低而增大，即v2>v1；而液态流体的比体积节流前后变化很小。

绝热节流前后流体（流体、气体）的温度变化称为节流的温度效应。节流后流体的温度降低（T2<T1），称为节流冷效应；节流后流体的温度升高（T2>T1），称为节流热效应；节流前后流体的温度相等（T2=T1），称为节流零效应。节流的温度效应与流体的种类、节流前所处的状态以及节流前后压力降落的大小有关。

绝热节流的温度效应可用绝热节流系数 表征。对于压降很小的节流过程，mJ>0，表示节流冷效应；mJ<0，表示节流热效应；mJ=0，表示节流零效应，称为微分节流效应。对于有限压降的绝热节流过程，温度变化可沿连接节流前、后状态的定焓线用如下积分式计算：称为积分节流效应。

测定绝热节流系数的实验叫作焦耳－汤姆逊实验。保持流体进口状态1不变，而用改变节流阀门开度或改变流体流量等方法，可以得到流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。流体在节流前、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流体处于该处状态时的绝热节流系数mJ。

注意，定焓线并非绝热节流过程线，只是液体绝热节流前、后的状态落在同一条定焓线上。节流过程是典型的不可逆过程，过程中流体处于极不平衡的状态，不能在状态参数坐标图上用曲线表示出来。

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，这个点称为转变点，其温度称为转变温度Ti。把所有定焓线上的转变点连结起来，就得到一条转变曲线。转变曲线将T–p图分成两个区域：在曲线与温度轴包围的区域内恒有mJ>0，发生在这个区域内的绝热节流过程总是呈节流冷效应，称为冷效应区；在转变曲线以外的区域内，恒有mJ<0，发生在该区域内的绝热节流过程总是呈节流热效应，称为热效应区。如果流体的进口状态处于热效应区，而经绝热节流后的出口状态进入冷效应区，那么呈现的温度效应就与压力降落的范围有关。例如，节流前流体处于图中的2a状态，当压降不很大，而节流后状态落在2d点（它与2a点温度相等）的右侧时，可呈节流热效应；但当压降足够大，使节流后的状态落在2d点左侧时，则将呈节流冷效应。压降愈大，流体温度降低愈甚。

转变曲线具有一个压力为最大值的极点。这一点的压力pN称最大转变压力。流体在大于pN的压力范围内不会发生节流冷效应。数值小于pN的任一定压线p与转变曲线有两个交点，对应着两个温度值T1和T2，分别叫作对应于压力p的上转变温度和下转变温度。转变曲线与温度轴(p→0)上方的交点(K点)对应的温度是最大转变温度TK，下方的交点对应最小转变温度Tmin。流体温度高于最大转变或低于最小转变温度时，不可能发生节流冷效应。

节流致冷是获得低温的一种常用方法，特别是在空气和其它气体的液化以及低沸点制冷剂的制冷工程中。节流致冷时，流体的初始温度应该低于最大转变温度TK。一般气体的TK远高于室温，约为临界温度的4.85～6.2倍。如二氧化碳的 &raquo1 500K，氩气的TK(Ar)=732K，氮气的 ，空气的TK(Air)=603K。对于最大转变温度低于室温的气体，例如氢 和氦 ，则必须将它们预先冷却到TK以下，方能得到节流致冷的效果。

我们以角接取压标准节流装置为例，说明节流装置的设计计算方法。

1.设计任务书

1)被测介质过热蒸汽

2)流量范围qmmax=250t/h

qm=200t/h

qmmin=100t/h

3)工作压力 p=13.34MPa(绝对)

4)工作温度 t=550°C

5)允许压力损失 δp=59kPa

6)管道内径 D20=221mm(实测)

7)管道材料 X20CrMoWV121无缝钢管

8)管路系统布置如图3-16所示。

要求设计一套标准节流装置。

2.设计步骤

(1)求工作状态下各介质参数 查表得工作状态下过热蒸汽的粘度η=31.83´10-6Pa•s，密度ρ=38.3475kg/m3，管道的线膨胀系数λD=12.3´1O-6mm/(mm•°C)，取过热蒸汽的等熵指数k=1.3。

(2)求工作状态下管道直径

D=D20[1+λD(t-20)]

=221[1+12.3´10-6(550-20)]=222.44mm

(3)计算雷诺数ReD

ReD=0.354qm/(Dη)

=0.354´200000/(222.44´31.83´10-6)=107

(4)选取差压上限 考虑到用户对压力损失的要求，拟选用喷嘴，对于标准喷嘴，可根据式(3-33)取

Δpmax=3δp=3´59=177kPa

选用最靠近的差压系列值，取Δpmax=160kPa，对应正常流量下的差压Δp为

Δp=（200/250）2´160=102.4kPa

(5)求不变量A2

(6)设C0=1，ε0=1

(7)据公式

进行迭代计算，从n=3起，Xn用快速弦截法公式

进行计算，精度判别公式为En=δn/A2，假设判别条件为|En|≤5 ´ 10-10(n=1，2，…)，则Xn；βn；Cn；εn；δn；En的计算结果列于表3-11。

当n=4时，求得的E小于预定精度，因此得

β=β4=0.6922131

C=C4=0.9399332

(10)求d20 设喷嘴材料为1Cr18Ni9Ti，查表得λd= 18.2×10-6，则

(11)确定安装位置 根据β=0.7和管路系统，查表3-1可得

根据实际管路系统情况，可将节流装置安装在任务书中图示位置上。但节流件前直管段长度l1不满足长度要求，在流出系数不确定度上应算术相加±0.5%的附加不确定度O

假设温度，压力的测量不确定度为±1%，则δρ/ρ=±1%。

3.50±%4

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