膨脹閥節(jié)流原理

節(jié)流機構(gòu)是制冷裝置中的重要部件之一，它可將冷凝器或貯液器中冷凝壓力下的飽和液體（或過冷液體）節(jié)流降至蒸發(fā)壓力的蒸發(fā)溫度；同時根據(jù)負荷的變化，調(diào)節(jié)進入蒸發(fā)器制冷劑的流量。

很多人知道制冷循環(huán)中，高溫高壓的制冷劑液體通過節(jié)流機構(gòu)之后會變成低溫低壓的制冷劑液體。但其中的原理和作用方式可能很多人都不甚了解。下面就來講一下，節(jié)流機構(gòu)的節(jié)流原理。（本篇文章的核心是焦耳-湯姆孫效應的冷效應，感興趣的朋友可以仔細查閱下相關(guān)內(nèi)容）

絕熱節(jié)流：流體在管道內(nèi)流動，遇到突然變窄的斷面，由于存在阻力使流體壓力降低的現(xiàn)象稱為節(jié)流。穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流的流體快速流過狹窄斷面，來不及與外界換熱也沒有功量的傳遞，可理想化成為絕熱節(jié)流。絕熱節(jié)流前后焓相等，即能量數(shù)量相等。理想氣體在絕熱節(jié)流前后的溫度是不變的。實驗發(fā)現(xiàn)，實際氣體節(jié)流前后的溫度一般將發(fā)生變化。氣體在節(jié)流過程中的溫度變化叫做焦耳－湯姆遜效應（簡稱焦－湯效應）。造成這種現(xiàn)象的原因是因為實際氣體的焓值不僅是溫度的函數(shù)，而且也是壓力的函數(shù)。大多數(shù)實際氣體在室溫下的節(jié)流過程中都有冷卻效應，即通過節(jié)流元件后溫度降低，這種溫度變化叫做正焦耳－湯姆遜效應。

焓：

體系經(jīng)歷等壓的變化過程，即p始=p終=p環(huán)=常數(shù)，吸收的熱量為Qp，如果體系只做體積功（實驗室和生成的大多數(shù)過程都是不做非體積功的）。

根據(jù)熱力學定律可得：

所以，

由于U、p、V都是狀態(tài)函數(shù)，通過不同的狀態(tài)函數(shù)的線性組合構(gòu)成一個新的狀態(tài)函數(shù)，所以U+pV也是狀態(tài)函數(shù)。熱力學中定義一個新的狀態(tài)函數(shù)——焓(enthalpy)，用符號H表示。

定義式為：H=U+PV（數(shù)值上 等于系統(tǒng)的內(nèi)能U加上壓強p和體積V的乘積）

焦耳-湯姆孫效應:

焦耳-湯姆孫效應（Joule-Thomson effect），指氣體通過多孔塞膨脹后所引起的溫度變化現(xiàn)象。1852年，物理學家J.P.焦耳和W.湯姆孫(即開爾文)為了進一步研究氣體的內(nèi)能，對焦耳氣體自由膨脹實驗作了改進。

C1、C2為兩個可移動的絕熱活塞。多孔塞一邊維持較高的壓強p1，另一邊維持在較低壓強p2。緩慢地推動C1,氣體從p1一邊經(jīng)多孔塞流向p2一邊,同時亦緩慢地使C2向右移動,但保持p1,p2不變。這種過程叫節(jié)流過程。由于這過程是在絕熱系統(tǒng)中進行，所作的凈功應等于系統(tǒng)內(nèi)能的改變。

于是在過程的前后有：U1+p1V1=U2+p2V2=恒量，即過程前后焓H相等。在這過程中，系統(tǒng)溫度隨壓強改變的現(xiàn)象稱為焦耳－湯姆孫效應，并把氣體溫度T隨壓強p的變化率定義為焦耳－湯姆孫系數(shù)

恒定總流伯努利方程：

制冷劑屬于可壓縮氣體，和氫氣、空氣等氣體都為實際氣體。對于理想的不可壓縮流體，有恒定總流能量方程可以解釋節(jié)流前后流體的壓強和流速的變化。此公式可近似運用在水流的計算過程中。

（恒定總流伯努利方程）

其中Z為兩斷面的位置水頭（Z是斷面對于選定基準面的高督，水力學中稱為位置水頭，表示受單位重力作用的流體的位置勢能），α為相應斷面的動能修正系數(shù)，h為兩斷面間的平均單位水頭損失。

由于兩斷面之間的管道有阻力損失，當流體通過兩斷面時，壓強和流速的平方成負相關(guān)關(guān)系。