焦耳—汤姆逊节流效应测试

实验一 焦耳—汤姆逊节流效应测试

一、实验目的

1、 用氮气在不同压力下节流后的温度变化，测量焦耳一汤姆逊积分节流效应； 2、 了解气体节流的基本原理和物理实质； 3、 熟悉正确操作设备和使用测量仪器。

二、实验原理

J-T效应，就是在没有热量传入与输出和不对外作功的情况下，带压气体节流（气体从高压到低压）时所产生的温度变化。我们称这种效应为J-T积分效应（当节流时压力降很大）和J-T微分效应（无限小压力变化）。 利用稳定流动能量方程式来表示节流前后流体各状态参数关系：

2C2C12qw(h2h1)A()A(z2z1)

2g2g因节流过程是绝热的，q=0，又不对外作功w=0。

2C2C12)和A(z2z1)都等于零。结果得h1=h2，宏观的动能和势能可忽略，所以A(2g2g所以节流是一等焓过程。

以节流过程中温度随压力变化率来表示节流效应，其微分式为：hTh称为，

Ph焦耳－汤姆逊效应，又称微分节流效应。由热力学基本关系式导出h与节流前后气体状态参数（P、V、T）关系为：

VTVTTP hcpPhRVV所以h=0，温度不变，T1=T2。 TPPTVV值而定。 TP 对于理想气体

实际气体的节流温度变化视T

当TVV0，h>0，节流效应是正的，节流后温度降低，T1>T2； TPVV0，h＝0，节流效应是零，节流后温度不变，T1＝T2； TP

当T

制冷与低温方向实验指导书

当TVV0，h<0，节流效应是负的，节流后温度上升，T1TT2T1p2p1p2Tpdpp1hdp h由于h不仅是压力P的函数，而且还是温度T的函数，因而上式不能积分。但T可按近似式求得：

TP

P1P2在工程计算中T值可直接由气体热力学性质图上查得。

各种气体的最高转化温度是不同的，大多数气体（除Ne、H2、He外）的转化温度都高于室温，在常温下节流都能得到降温正效应，即h>0。实际操作中，由于装置不可能完全绝热，为了获得较好的正节流效应，所以本实验将节流前气体适当加以预冷。

三、实验装置

供气阀一次节流阀二次节流阀TPTTPT压力传感器高压钢瓶T型热电偶排气口图1 J-T效应测试装置流程图

图1所示为J-T节流制冷机实验系统流程图，主要由高压氮气钢瓶及供气阀、节流阀、测量仪器等部件组成。系统的工作过程大致为：高压的氮气从钢瓶进入管路，流入第一节流阀后产生部分制冷效应，再流经第二节流阀继续制冷，最后排放到环境中。

本实验数据采集采用Agilent数据采集器，自动采集温度和压力信号，并在其屏幕显示温度、压力数值。

测试与控制仪表：

制冷与低温方向实验指导书

被测、控参数 一次节流前后温度、仪表名称 T型热电偶 Pt100铂电阻温度计 压力传感器 压力传感器 高压钢瓶阀门 手动节流阀 仪器精度 ±0.1℃ 测量范围 -200℃～350℃ 温度测量 二次节流前后温度 环境温度 一次节流前压力 一次节流后压力 一次节流前压力 一次节流后压力 ±0.1℃ 0.5级 0.2级 —— 进口产品 -50℃～200℃ 0～15 MPa 0～6 MPa ～13MPa —— 压力测量 压力控制 四、实验步骤

1、 认真预习实验指导书，对照装置和仪表，搞清楚各阀门作用和操作方法； 2、 接通压力传感器和数据采集器电源；

3、 打开数据采集器，检查热电偶和压力传感器是否正常；

4、 仔细打开并控制供气阀，减少压力波动，适当调整一次节流前压力；

5、 保持一次节流前压力不变，调节两个节流阀使一次节流后压力为1MPa，然后每隔

1MPa增加一次节流后压力至5MPa，注意观察压力和温度的变化情况； 6、 适当调整一次节流前压力，重复步骤5，记录压力和温度变化； 7、 数据测好后，先关钢瓶阀，待管路中的压力降到0后，关闭所有阀门； 8、 关闭数据采集器和压力传感器电源。

五、思考题

1、 为什么理想气体的节流效应μ=0？试用热力学定律证明。

2、 实测积分节流效应用T与T-S图上查得的T不同，说明造成这种误差的原因？ 3、 说明物质的汽化区必然处在节流的制冷区。 4、 根据实验数据作出P-T图上的节流曲线。