节流 膨胀制冷原理

表1-2几种气体在低压下的转换温度

3. 积分节流效应 气体的节流过程总是在较大的压差ΔP 下进行的，相应的温度变化ΔT ，即积分节流效应，节流所产生的温度变化为：

ΔT=d m Δp

d m 是在某一压力范围内的d h 的平均值。积分节流效应还可利用热力性质图（T-s ）上的等焓线，读出节流过程的温度变化，如图1-12所示。压缩空气从高压P 1和温度T 1绝热节流到P 2，即从点1沿等焓线与P 2等压线交于点2，点2的温度即为节流后的温度T 2，积分节流效应为

ΔT h =T 1-T 2

图1-12节流效应及等熵膨胀T-s 图上表示 4. 等温节流效应 空气经过节流，虽然可降低温度，但对外没有热交换，也没有做功，因此节流过程本

身并没有产生冷量。

空气等温压缩（图1-12中1-1\

过程）时，必须向冷却水排热，因此当压缩空气绝热节流时，温度下降，这时空气具有吸热能力。当空气自图1-12中的点2状态，经等压过程回复到压缩前状态1\

时，所吸收的热量称为等温节流效应，以-Δh r 表示。 Δh r =h 1\

-h 1=h 1\

-h 2 （1-16）

节流只是降低气体压力的一种方法，把空气等温压缩时，已具备的制冷内因表现出来。

等温节流效应可直接从热力性质图（T-s 图）上查到，即等温压缩前后的焓差。对于低压空气的等温节流效应，应用图不易查准确，因此常采用下式计算求得 –Δh=c p ΔT （1-17）

1.4.2 气体的等熵膨胀

高压气体等熵膨胀时向外输出机械功，这样消耗了大量气体内能（焓值减小）。另外，还由于膨胀时，气体体积增大，分子距离也要增大，但是分子间有吸引力，为了克服分子间的吸引力而又要消耗气体分子的一些动能（动能减小）。这样气体分子的内能和动能在等熵膨胀时大量消耗，从而降低了气体温度。所以等熵膨胀后，气体温度总是下降的。

气体等熵膨胀时，压力微小变化所引起的温度变化称为微分等熵效应，用d s 表示 d s =（ΔT/ΔS ）S 或ΔT=d s Δs （1-18）

对于实际气体等熵膨胀产生的温度降，还可采用热力性质图（T-s 或h-s 图）查取积分等熵效应。气体的等熵膨胀制冷通常用膨胀机来实现，从高压p 1和温度T 1，等熵膨胀到低压P 2，如图1-12所示，即从点1沿等熵线与P 2等压线交于点3，点3的温度即等熵膨胀后的温度T 3，积分等熵效应为 ΔT S =T 1-T 3

由热力性质图可以看出，气体等熵膨胀产生的温差，不但随着

的比值增大而增加，而且在P 1和P 2给定

的情况下，还随膨胀前温度T 1而变化。所以，为了获得较大的温度降和单位制冷量，可采用增加膨胀比（）

和膨胀前温度的方法，但不是无限制地增加，而是在合理的经济效应范围内。

空气在膨胀机中等熵膨胀，温度下降，并输出外功W m 因此工质具有向外界吸收相当于W m 的热量能力，即膨胀机的制冷量q p （由图1-12确定状态点1和3的焓）。 Q p =h 1-h 3

1.4.3 节流与等熵膨胀的比较

气体名称 转换温度

（k ） 气体名称 转换温度（k ） 空气 氧 氮 氩

650 771 604 765

氖 氢 氦

230 204 246

从图1-12上可以看出，在过热蒸汽区同样压力降下，节流膨胀所产生的温差ΔT h=T1-T2，而等熵膨胀所产生温差ΔT S=T1-T3=ΔT h=（T2-T3），积分等熵温度效应ΔT s要明显大于积分节流温度效应ΔT h。这部分温降是由膨胀机对外作功所引起的温度降低。所以，气体等熵膨胀，无论从温度效应及制冷量来看，比节流有效得多。除此之外，等熵膨胀还可以回收膨胀功，因而可提高循环的经济性。

在实用方面，节流过程用节流阀，结构比较间单，也便于调节；而等熵膨胀则用膨胀机，结构复杂（当然膨胀机还有效率问题），不可能实现等熵膨胀过程，因而能得到的温度效应及制冷量比理论值要小，如图1-12中的1-3\\所示，这就使等熵膨胀过程的优点有所减色；节流阀可以在汽液两相区工作，节流阀出口处允许有很大的带液量；但要可以带液的两相膨胀机还在研制和试用阶段，其带液量也不能很大。因此，节流和等熵膨胀的这两个过程，在空气分离设备中都在应用，它们的选择，将依具体条件而定。