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节流定义:流体在管道内流动时,突然遇到截面积变窄,而使压力显著降低的现象,称为节流。(如遇突然缩小的阀门、狭缝、孔口等)过程变化当流体流向孔口时,在孔口附近的流体因截面积突然变小,流体的形态发生突变,其压力降低,流速增大。流体到达孔口时,压力降低到最小,但流速增加到最大;流体通过孔口后,其截面积突然增大,流体的压力逐渐回升,流速逐渐降低,最后趋于稳定。(注意:由于孔口前、后发生强烈的扰动和涡流,造成了压力的不可逆损失,即使流体恢复稳定后,压力也比原来小很多,但流速基本保持不变。)由于节流现象时间很短,系统与外界的能量传递可以忽略不计,因此节流是绝热过程。由于系统没有能量的输入,所以节流前、后的焓值不变,即等焓过程。
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为什么液体节流可能产生部分气体为什么气体节流可能产生部分液体
严格来说,液体通过阀门变成气体那是减压阀,而不是节流阀,节流过程特指气体到气体。
液体到气体,其实就是液体在低分压环境中蒸发的结果——就好比在干燥的天气向毛巾上一滴一滴的洒水,水会很快气化,因为周围环境中H2O的分压远低于该温度下水的饱和蒸汽压。
同理液氧在-183℃下的饱和蒸汽压为1个大气压,而大气环境中的氧分压(0.21大气压)不够,所以液氧即使在降温到-190℃的大气环境中缓慢释放,也会完全气化。
气体节流产生液体,这才是比较高级的知识,利用的是气体节流过程中的焦耳-汤姆逊效应,就是绝热节流过程中气体温度会变化的效应。理想气体模型绝热节流过程温度不会变化,但真实气体不是理想的,绝热节流过程中温度可以升高也可以降低,要根据气体种类、压强和温度才能确定是升温还是降温。
温度升高称负效应,温度降低称正效应,但是要注意的是焦耳-汤姆逊效应仅适用于气体到气体——比如正焦耳-汤姆逊效应的情况,气体节流后是温度更低的气体,有可能达到过冷气体的程度,然后凝结出液体;但是反过来,负效应不能直接作用于液体,让液体直接升温气化,而只可能让液面之上的低温饱和蒸气在节流之后升温。
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