制冷与低温方向实验指导书实验一 焦耳-汤姆逊节流效应测试

制冷与低温方向实验指导书实验一 焦耳—汤姆逊节流效应测试一、实验目的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；了解气体节流的基本原理和物理实质；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： 因节流过程是绝热的，q=0，又不对外作功w=0。 宏观的动能和势能可忽略，所以和都等于零。结果得h1=h2，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称为焦耳－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： 对于理想气体所以h=0，温度不变，T1=T2。 实际气体的节流温度变化视值而定。 当，h>0，节流效应是正的，节流后温度降低，T1>T2； 当，h＝0，节流效应是零，节流后温度不变，T1＝T2； 当，h<0，节流效应是负的，节流后温度上升，T1<T2。 节流时，流体压力变化—有限值所引起温度变化称为积分节流效应。 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： 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、实验装置图1J-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：被测、控参数仪表名称仪器精度测量范围温度测量一次节流前后温度、二次节流前后温度T型热电偶±0.1℃-200℃～350环境温度Pt100铂电阻温度计±0.1℃-50℃～200℃压力测量一次节流前压力压力传感器0.5级0～15MPa一次节流后压力压力传感器0.2级0～6MPa压力控制一次节流前压力高压钢瓶阀门——～13MPa一次节流后压力手动节流阀进口产品——四、实验步骤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；接通压力传感器和数据采集器电源；打开数据采集器，检查热电偶和压力传感器是否正常；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；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；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；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；关闭数据采集器和压力传感器电源。五、思考题为什么理想气体的节流效应μ=0？试用热力学定律证明。实测