对于绝热过程Q=0,故S≥0,(因为Q无变化,系统处于无限趋于平衡状态,熵会无限增大,因为平衡状态是理想状态,永远达不到,为ds>0。)即系统的熵在可逆绝热过程中不变,在不可逆绝热过程中单调增大。这就是熵增加原理。由于孤立系统内部的一切变化与外界无关,必然是绝热过程,所以熵增加原理也可表为:一个孤立系统的熵永远不会减少。它表明随着孤立系统由非平衡态趋于平衡态,其熵单调增大,当系统达到平衡态时,熵达到最大值。熵的变化和最大值确定了孤立系统过程进行的方向和限度,熵增加原理就是热力学第二定律。
可逆的绝热过程前后是等熵.
节流就是一个绝热过程,但不是可逆的,所以不是一个等熵过程;膨胀机膨胀是一个可逆的绝热过程,,膨胀前后熵值不变,叫等熵膨胀。,这是理想状态下,实际的膨胀机膨胀会有损失,,像气流冲击膨胀机叶片等等造成一些能量损失,所以膨胀机一般都有个等熵效率的参数,等熵效率越高膨胀机性能越好.
绝热效率是实际焓降和等熵焓降的比值,反映的是过程的绝热程度,所以绝热效率的比值越接近于1的话,越接近于等熵膨胀过程。
含义如下:
对于绝热过程Q=0,故S≥0,(因为Q无变化,系统处于无限趋于平衡状态,熵会无限增大,因为平衡状态是理想状态,永远达不到,为ds>0。)即系统的熵在可逆绝热过程中不变,在不可逆绝热过程中单调增大。这就是熵增加原理。
由于孤立系统内部的一切变化与外界无关,必然是绝热过程,所以熵增加原理也可表为:一个孤立系统的熵永远不会减少。它表明随着孤立系统由非平衡态趋于平衡态,其熵单调增大,当系统达到平衡态时,熵达到最大值。熵的变化和最大值确定了孤立系统过程进行的方向和限度,熵增加原理就是热力学第二定律。
绝热等熵工作原理:
高压气体绝热可逆膨胀过程,称为等熵膨胀。气体等熵膨胀时,有功输出,同时气体的温度降低,产生冷效应。这是获得制冷的重要方法之一,尤其在低温技术领域中。常用微分等熵效应来表示气体等熵膨胀过程中温度随压力的变化,其定义为:
(1)因
总为正值,故气体等熵膨胀时温度总是降低,产生冷效应。
对于理想气体,膨胀前后的温度关系。
(2)由此可求得膨胀过程的温差。
(3)对于实际气体,膨胀过程的温差可借助热力学图查得,如图:
由于等熵膨胀过程有外功输出,所以必须使用膨胀机。当气体在膨胀机内膨胀时,由于摩擦、漏热等原因,使膨胀过程成为不可逆,产生有效能损失,造成膨胀机出口处工质温度的上升,制冷量下降。工程上,一般用绝热效率来表示各种不可逆损失对膨胀机效率的影响。
(4)即为膨胀机进出口的实际比焓降Δh
pr
与理想焓降(即等熵焓降)Δh
id
之比。目前,透平式膨胀机的效率可达到0.75~0.85,活塞式膨胀机的效率达0.65~0.75。
比较微分等熵效应和微分节流效应两者之差。
(5)因为υ始终为正值,故αs
>αh
。因此,对于气体绝热膨胀,无论从温降还是从制冷量看,等熵膨胀比节流膨胀要有效得多,除此之外,等熵膨胀还可以回收膨胀功,因而可以进一步提高循环的经济性。
以上仅是对两种过程从理论方面的比较。在实用时尚有如下一些需要考虑的因素:
(1)节流过程用节流阀,结构比较简单,也便于调节;等熵膨胀则需要膨胀机,结构复杂,且活塞式膨胀机还有带油问题;
(2)在膨胀机中不可能实现等熵膨胀过程,因而实际上能得到的温度效应及制冷量比理论值要小,这就使等熵膨胀过程的优点有所减小;
(3)节流阀可以在气液两相区工作,但带液的两相膨胀机(其带液量尚不能很大);
(4)初温越低,节流膨胀与等熵膨胀的差别越小,此时,应用节流较有利。因此,节流膨胀和等熵膨胀这两个过程在低温装置中都有应用,它们的选择依具体条件而定。
布雷顿(Brayton)制冷循环又称焦耳(Joule)循环或气体制冷机循环,是以气体为工质的制冷循环,其工作过程包括等熵压缩,等压冷却,等熵膨胀及等压吸热四个过程,这与蒸气压缩式制冷机的四个工作过程相近,两者的区别在于工质在布雷顿循环中不发生集态改变。历史上第一次实现的气体制冷机是以空气作为工质的,称为空气制冷机。除空气外,根据不同的使用目的,工质也可以是CO
2,N
2,He
等气体。