等焓膨脹(isenthalpicexpansion)
1852年英國人焦耳和湯姆遜,用壹個與外界絕熱的管子,中間裝壹阻礙氣體通過的多孔塞,讓高壓氣體從壹端A持續不斷地流向另壹低壓端B而產生膨脹,這時有UA PAVA=UB PBVB也即兩邊的焓HA=HB,所以這現象稱為J-T效應,也稱為等焓膨脹。
等熵膨脹(isentropicexpansion)
氣體在膨脹機中絕熱膨脹對外做功,由於同外界沒有熱量的交換,是個等熵過程,稱為等熵膨脹,膨脹所做的功以內能的減少為補償,於是溫度就下降,達到制冷的目的。
根據熱力學第壹定律dQ=dU pdV,對於理想氣體dU=cvdT,在絕熱的情況下dQ=0,所以0=cvdT pdV,可得`-dT=\frac{p}{c_v}dV`,只要系統對外界做功,系統必定降溫。
絕熱膨脹時,溫度由T1降到T2,壓力由p1降到p2,系統對外做的功$W=U_1-U_2=c_v(T_1-T_2)=c_vT_1$
$[1-(\frac{p_2}{p_1})^{\frac{K-1}{K}}]$,其中$K=\frac{c_p}{c_v}$,
可見系統對外做的功與膨脹前氣體的溫度T1成正比,這說明T1越高,對外做功越多,即內能減少也越多,氣體溫度下降也越顯著,是在高溫區制冷的有效手段,優於等焓膨脹制冷。在實際的膨脹機上由於摩擦等不可逆因素,所以膨脹後並不降到T2而是降到T3,但比等焓膨脹降到T4的溫度仍低得多,由此可定出膨脹機的效率η=ΔH實/ΔH理=$\frac{H_1-H_3}{H_1-H_2}$,壹般的可在0.6~0.9之間。
我的理解就是與等焓膨脹相比,等熵膨脹在降壓的同時,還對外做了功,因此內能損失更大,所以溫度降低得更多,所以制冷效果更好。