實驗一焦耳—湯姆遜節流效應測試、實驗目的1、 用氮氣在不同壓力下節流后的溫度變化，測量焦耳一湯姆遜積分節流效應2、 了解氣體節流的基本原理和物理實質；3、 熟悉正確操作設備和使用測量儀器。二、實驗原理J-T效應，就是在沒有熱量傳入與輸出和不對外作功的情況下，帶壓氣體節流（氣體從高壓到低壓）時所產生的溫度變化。我們稱這種效應為J-T積分效應（當節流時壓力降很大）和J-T微分效應（無限小壓力變化）。利用穩定流動能量方程式來表示節流前后流體各狀態參數關系：C2C2q-w二(h-h)+A(^2-1)+A(z-z)21 2g2g21因節流過程是絕熱的，q=0,又不對外作功w=0。宏觀的動能和勢能可忽略，所以A（C?-C2）和A（z-z）都等于零。結果得h]=h2,2g2g 21 12以節流過程中溫度隨壓力變化率來表示節流效應，其微分式為：卩〃以節流過程中溫度隨壓力變化率來表示節流效應，其微分式為：卩〃二，冉稱為h焦耳一湯姆遜效應，又稱微分節流效應。由熱力學基本關系式導出爲與節流前后氣體狀態參數（P、V、T）關系為：O-V(dP丿h(dP丿hcp對于理想氣體dT丿PRV對于理想氣體dT丿PRV二P二T所以冉=0，溫度不變，T1=T2o實際氣體的節流溫度變化視TdT丿P-V值而定。dTdT丿P冉>0,節流效應是正的，節流后溫度降低，T]>T2；dTdT丿戰=0,節流效應是零，節流后溫度不變，片=7；；p1dp=Jp1dp=Jp2p1戰＜0,節流效應是負的，節流后溫度上升，T]VT2。節流時，流體壓力變化—有限值所引起溫度變化稱為積分節流效應。由于冉不僅是壓力P的函數，而且還是溫度T的函數，因而上式不能積分。但AT可按近似式求得：在工程計算中AT值可直接由氣體熱力學性質圖上查得。各種氣體的最高轉化溫度是不同的，大多數氣體（除Ne、H2、He外）的轉化溫度都高于室溫，在常溫下節流都能得到降溫正效應，即爲＞0。實際操作中，由于裝置不可能完全絕熱，為了獲得較好的正節流效應，所以本實驗將節流前氣體適當加以預冷。三、實驗裝置圖1J-T效應測試裝置流程圖圖1所示為J-T節流制冷機實驗系統流程圖，主要由高壓氮氣鋼瓶及供氣閥、節流閥、測量儀器等部件組成。系統的工作過程大致為：高壓的氮氣從鋼瓶進入管路，流入第一節流閥后產生部分制冷效應，再流經第二節流閥繼續制冷，最后排放到環境中。本實驗數據采集采用Agilent數據采集器，自動采集溫度和壓力信號，并在其屏幕顯示溫度、壓力數值。測試與控制儀表：被測、控參數儀表名稱儀器精度測量范圍溫度測量一次節流前后溫度、二次節流前后溫度T型熱電偶±0.1°C-200C?350C環境溫度PtlOO鉑電阻溫度計±0.1°C-50C?200°C壓力測量一次節流前壓力壓力傳感器0.5級0?15MPa一次節流后壓力壓力傳感器0.2級0?6MPa壓力控制一次節流前壓力高壓鋼瓶閥門?13MPa一次節流后壓力手動節流閥進口產品四、實驗步驟1、 認真預習實驗指導書，對照裝置和儀表，搞清楚各閥門作用和操作方法；2、 接通壓力傳感器和數據采集器電源；3、打開數據采集器，檢查熱電偶和壓力傳感器是否正常；4、 仔細打開并控制供氣閥，減少壓力波動，適當調整一次節流前壓力；5、 保持一次節流前壓力不變，調節兩個節流閥使一次節流后壓力為IMPa，然后每隔IMPa增加一次節流后壓力至5MPa，注意觀察壓力和溫度的變化情況；6、 適當調整一次節流前壓力，重復步驟5，記錄壓力和溫度變化；7、 數據測好后，先關鋼瓶閥，待管路中的壓力降到0后，關閉所有閥門；8、 關閉數據采集器和壓力傳感器電源。五、思考題1、 為什么理想氣體的節流效應卩=0?試用熱力學定律證明。