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气体在管道中的流动与节流

热力学是一个非常有趣的物理学分支学科,尤其有助于我们深入地了解空气压缩机。在本文中,我们将介绍气体流动和节流,之后还会介绍热力学知识

雷诺数

雷诺数计算公式
雷诺数是一个无量纲比值,用于描述流动介质中惯性力与摩擦力的比值。它的定义如下:

管道中的流动类型有哪几种?

流经管道的气体
大体上讲,管道中的流动类型有两种。当 Re < 2000 时,粘性力在介质中占主导地位,流动类型为层流。这意味各层介质按正确顺序相互移动。跨层的速度分布通常为抛物线型。当 Re ≥ 4000 时,惯性力成为决定流动介质行为的主导因素,流动类型变为湍流,粒子会在流中随机移动。湍流时的跨层速度分布为分散状态。在 Re ≤ 2000 和 Re ≥ 4000 之间的临界区,流动状况不确定,可为层流、湍流或两者的混合。此类状况受管道表面光滑度或者其他扰动等因素的影响。要在管道中形成流体流动,需要有一定的压差来克服管道和管接头中的摩擦力。此压力差的大小取决于管道的直径、长度和形状以及表面平滑度和雷诺数。

什么是焦耳-汤姆逊效应?

当理想气体流经限流器并且在限流器前后保持压力不变时,温度会保持恒定。但事实上,它在流经限流器时,会将内能转换为动能(所以温度会下降)并在流经限流器后出现压降。对于真实气体,这种温度变化一定会发生,尽管气体的能量保持不变。这被称为焦耳-汤姆逊效应。温度变化等于节流过程中的压力变化乘以焦耳-汤姆逊系数。

如果流动介质的温度足够低(空气温度为 ≤ +329°C),则会在流经限流器时因节流而发生温度降低;但如果流动介质温度更高,反而会出现温度升高。这种现象被用于多种技术应用,比如制冷技术和气体分离等。

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