節(jié)流熱力學(xué)中的節(jié)流

流體在管道里流動(dòng)時(shí)，有時(shí)，由于局部阻力，使流體壓力降低，這種現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。

節(jié)流現(xiàn)象通常由以下幾方面原因造成：

①節(jié)流裝置安裝不正確

②被測流體工作狀態(tài)的變動(dòng)

③孔板入口邊緣的磨損

④導(dǎo)壓管安裝的不正確或有堵塞滲漏等現(xiàn)象

⑤差壓計(jì)安裝和使用不正確

工程上經(jīng)常遇到蒸汽流經(jīng)孔板、閥門等設(shè)備時(shí)壓力降低，均為蒸汽的節(jié)流。因?yàn)榭s處存在著摩擦，使部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換為摩擦熱，所以蒸汽節(jié)流時(shí)，其狀態(tài)和參數(shù)都發(fā)生變化。

較高壓力下的流體（氣或液）經(jīng)多孔塞（或節(jié)流閥）向較低壓力方向絕熱膨脹過程稱為節(jié)流膨脹。

1852年，焦耳和湯姆遜設(shè)計(jì)了一個(gè)節(jié)流膨脹實(shí)驗(yàn)，使溫度為T₁的氣體在一個(gè)絕熱的圓筒中由給定的高壓p₁經(jīng)過多孔塞（如棉花、軟木塞等）緩慢地向低壓p₂膨脹。多孔塞兩邊的壓差維持恒定。膨脹達(dá)穩(wěn)態(tài)后，測量膨脹后氣體的溫度T₂。他們發(fā)現(xiàn)，在通常的溫度T₁下，許多氣體（氫和氦除外）經(jīng)節(jié)流膨脹后都變冷（T₂ 1）。如果使氣體反復(fù)進(jìn)行節(jié)流膨脹，溫度不斷降低，最后可使氣體液化。

節(jié)流膨脹是工業(yè)上液化氣體的一個(gè)重要方法。例如林德（Linde）法。根據(jù)熱力學(xué)原理，在焦耳-湯姆遜實(shí)驗(yàn)（Joule-Thomsen’s experiment）中系統(tǒng)對環(huán)境做功-W=p ₂V ₂-p ₁V ₁，V ₁及V ₂分別為始態(tài)和終態(tài)的體積。Q=0，故ΔU=-(p ₂V ₂-p ₁V ₁）；U ₂ p ₂V ₂=U ₁ p ₁V ₁；即H ₂=H ₁。所以焦耳-湯姆孫實(shí)驗(yàn)（簡稱焦湯實(shí)驗(yàn)）的熱力學(xué)實(shí)質(zhì)是焓不改變，或者說它是一個(gè)等焓過程（isenthalpic process）。

鑒于1843年，焦耳的自由膨脹實(shí)驗(yàn)不夠精確，1852年焦耳和湯姆遜設(shè)計(jì)了一個(gè)節(jié)流膨脹實(shí)驗(yàn)來觀察實(shí)際氣體在膨脹時(shí)所發(fā)生的溫度變化。實(shí)驗(yàn)如下：在一個(gè)圓形絕熱筒的中部，置有一個(gè)剛性的多孔塞，使氣體通過多孔塞緩慢地進(jìn)行節(jié)流膨脹，并且在多孔塞的兩邊能夠維持一定的壓力差，實(shí)驗(yàn)時(shí)，將壓力和溫度恒定為p ₁和t ₁的某種氣體，連續(xù)地壓過多孔塞，使氣體在多孔塞右邊的壓力恒定為p ₂，且p ₁>p ₂。由于多孔塞的孔很小，氣體只能緩慢地從左側(cè)進(jìn)入右側(cè)，從p ₁到p ₂的壓力差基本上全部發(fā)生在多孔塞內(nèi)，由于多孔塞的節(jié)流作用，可保持左室p ₁部分和右室低壓p ₂的部分壓力恒定不變，即分別為p ₁與p ₂。這種維持一定壓力差的絕熱膨脹過程叫做節(jié)流膨脹。2100433B

使用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置時(shí)，流體的性質(zhì)和狀態(tài)必須滿足下列條件：

①流體必須充滿管道和節(jié)流裝置，并連續(xù)地流經(jīng)管道。

②流體必須是牛頓流體，即在物理上和熱力學(xué)上是均勻的、單相的，或者可以認(rèn)為是單相的，包括混合氣體，溶液和分散性粒子小于0.1m的膠體．在氣體中有不大于2%（質(zhì)量成分）均勻分散的固體微粒，或液體中有不大于5%（體積成分）均勻分散的氣泡，也可認(rèn)為是單相流體．但其密度應(yīng)取平均密度。

③流體流經(jīng)節(jié)流件時(shí)不發(fā)生相交。

④流體流量不隨時(shí)間變化或變化非常緩慢。

⑤流體在流經(jīng)節(jié)流件以前，流束是平行于管道軸線的無旋流。

標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置不適用于動(dòng)流和臨界流的流量測量。

一種在天然氣的生產(chǎn)中所使用的高效直角節(jié)流器，包括堵頭1、銷釘2、主體3、嘴套4、密封圈5、氣嘴6、定位圈7和卡簧8，氣嘴6安裝在嘴套4中，由定位圈7進(jìn)行定位，定位圈7的下部有卡簧8，堵頭1與嘴套4以銷釘2聯(lián)接，主體3與嘴套4之間有密封圈5，節(jié)流直接靠高耐磨的結(jié)構(gòu)陶瓷氣嘴來實(shí)現(xiàn)，經(jīng)長期使用發(fā)現(xiàn)氣嘴變大后，將氣嘴取出更換，繼續(xù)使用。解決了節(jié)流器使用壽命短和被沖壞后需全部更換的問題。

作用

該高效直角節(jié)流器的作用是對高壓油氣進(jìn)行節(jié)流降壓，控制生產(chǎn)，適合油氣田生產(chǎn)及試采。針對出砂的油氣田尤為適用，具有極高的耐用性，其組成僅由六個(gè)零部件組成：1堵絲、2氣咀、3花欄、4頂絲，另外還有密封圈和直角外殼。其特點(diǎn)是更換氣咀快、密封性好，在氣田試采中表現(xiàn)更是出色，本人在青海油田澀北氣田現(xiàn)場進(jìn)行了一次更換工作制度的測試，只用了6分鐘的時(shí)間便完成了，與以往的各種節(jié)流器相比，工作效率得到極大的提高，深受廣大職工的喜愛。與常規(guī)的角閥相比，這種高效節(jié)流器噪音小，維護(hù)簡單。維護(hù)內(nèi)容一般只須定期檢查氣咀、密封圈，安裝時(shí)做好清潔并潤滑絲扣及密封部位。市場預(yù)測:氣井生產(chǎn)的一級節(jié)流在青海油田澀北氣田經(jīng)過多年的實(shí)踐—改進(jìn)—再實(shí)踐，發(fā)展成為《高效直角節(jié)流器》，它基本滿足了生產(chǎn)及試采的需要。天然氣是新能源，市場前景比較大，《高效直角節(jié)流器》可以在石油及天然氣生產(chǎn)領(lǐng)域中得到推廣應(yīng)用。

節(jié)流

jiéliú

[throttle]∶節(jié)制流入或流出，尤指用節(jié)流閥調(diào)節(jié)

[reduce expenditure;decrease expenditure;economize on expense]∶在財(cái)政上節(jié)省支出