絕熱節流

管道中的流體流過截面突然縮小的閥門、狹縫及孔口等部分後發生壓力降低的現象，稱為節流。節流過程是一種典型的不可逆過程。

工程上常利用節流過程控制流體的壓力,還可利用節流時壓力降低與流量的對應關係製成流量計等。

右圖為氣體流經一孔口時節流過程的示意圖 ^[1]  。

節流過程中氣流與外界的熱交換可以忽略不計時，可以認為節流過程為絕熱過程，稱為絕熱節流。

氣體絕熱節流的特徵：

（1）忽略略氣體流動動能的變化，絕熱節流前後焓值相等，h₁=h₂ ，但絕熱節流過程不是定焓過程。

（2）絕熱節流過程中氣體壓力降低。

（3）由於擾動、渦流等不可逆因素的影響，絕熱節流過程中氣體的熵將增加。

（4）絕熱節流使氣體的火用值降低。

節流過程是指流體（液體、氣體）在流道中流經閥門、孔板或多孔堵塞等設備時壓力降低的一種特殊流動過程。如果節流過程中流體與外界沒有熱量交換就稱為絕熱節流。節流過程在熱力設備中常用於壓力調節、流量調節或測量以及獲得低温等方面。

節流過程是典型的不可逆過程，過程中流體處於非平衡狀態。研究節流過程，是研究從節流前到節流後流體分別處於平衡態時各種參數通過過程引起的變化 ^[1]  。

因為過程中流體與外界無熱量交換，亦無淨功量的交換，如果保持流體在節流後的高度和流速不變，即無重力位能和宏觀動能的變化（或變化小到可以忽略不計），則節流後流體的焓h2與節流前的焓h1相等，即

h2 = h1

同時，因絕熱節流是不可逆的絕熱過程，節流後流體的熵必然增大，有

s2 > s1

氣態流體經絕熱節流後，比體積隨壓力降低而增大，即v2>v1；而液態流體的比體積節流前後變化很小。

絕熱節流前後流體（流體、氣體）的温度變化稱為節流的温度效應。節流後流體的温度降低（T2<T1），稱為節流冷效應；節流後流體的温度升高（T2>T1），稱為節流熱效應；節流前後流體的温度相等（T2=T1），稱為節流零效應。節流的温度效應與流體的種類、節流前所處的狀態以及節流前後壓力降落的大小有關。

絕熱節流的温度效應可用絕熱節流係數 表徵。對於壓降很小的節流過程，mJ>0，表示節流冷效應；mJ<0，表示節流熱效應；mJ=0，表示節流零效應，稱為微分節流效應。對於有限壓降的絕熱節流過程，温度變化可沿連接節流前、後狀態的定焓線用如下積分式計算：稱為積分節流效應。

測定絕熱節流係數的實驗叫作焦耳－湯姆遜實驗。保持流體進口狀態1不變，而用改變節流閥門開度或改變流體流量等方法，可以得到流體經過節流後的不同出口狀態2a、2b、2c…。測出各狀態的壓力和温度值，並把它們表示在T–p座標圖上。流體在節流前、後焓值相等，即狀態點1、2a、2b、2c…有相同的焓值，它們的連線是一條定焓線。改變進口狀態1，重複進行上述實驗，就可得出一系列不同數值的定焓線，並可在T–p圖上描出定焓線簇。在任意的一個狀態點上，定焓線的斜率就是實驗流體處於該處狀態時的絕熱節流係數mJ。

注意，定焓線並非絕熱節流過程線，只是液體絕熱節流前、後的狀態落在同一條定焓線上。節流過程是典型的不可逆過程，過程中流體處於極不平衡的狀態，不能在狀態參數座標圖上用曲線表示出來。 ^[2] 

在一定的焓值範圍內，每一條定焓線有一個温度最大值點，如1–2e線上的M 點。在這個點上，這個點稱為轉變點，其温度稱為轉變温度Ti。把所有定焓線上的轉變點連結起來，就得到一條轉變曲線。轉變曲線將T–p圖分成兩個區域：在曲線與温度軸包圍的區域內恆有mJ>0，發生在這個區域內的絕熱節流過程總是呈節流冷效應，稱為冷效應區；在轉變曲線以外的區域內，恆有mJ<0，發生在該區域內的絕熱節流過程總是呈節流熱效應，稱為熱效應區。如果流體的進口狀態處於熱效應區，而經絕熱節流後的出口狀態進入冷效應區，那麼呈現的温度效應就與壓力降落的範圍有關。例如，節流前流體處於圖中的2a狀態，當壓降不很大，而節流後狀態落在2d點（它與2a點温度相等）的右側時，可呈節流熱效應；但當壓降足夠大，使節流後的狀態落在2d點左側時，則將呈節流冷效應。壓降愈大，流體温度降低愈甚。 ^[2] 

轉變曲線具有一個壓力為最大值的極點。這一點的壓力pN稱最大轉變壓力。流體在大於pN的壓力範圍內不會發生節流冷效應。數值小於pN的任一定壓線p與轉變曲線有兩個交點，對應着兩個温度值T1和T2，分別叫作對應於壓力p的上轉變温度和下轉變温度。轉變曲線與温度軸(p→0)上方的交點(K點)對應的温度是最大轉變温度TK，下方的交點對應最小轉變温度Tmin。流體温度高於最大轉變或低於最小轉變温度時，不可能發生節流冷效應。

節流致冷是獲得低温的一種常用方法，特別是在空氣和其它氣體的液化以及低沸點製冷劑的製冷工程中。節流致冷時，流體的初始温度應該低於最大轉變温度TK。一般氣體的TK遠高於室温，約為臨界温度的4.85～6.2倍。如二氧化碳的 &raquo;1 500K，氬氣的TK(Ar)=732K，氮氣的 ，空氣的TK(Air)=603K。對於最大轉變温度低於室温的氣體，例如氫 和氦 ，則必須將它們預先冷卻到TK以下，方能得到節流致冷的效果。 ^[2]