绝热节流为什么焓不变:无热量交换且无对外做功总能量守恒
之前啃工程热力学的时候,最让人摸不着头脑的知识点就是绝热节流为什么焓不变,死记硬背记住了节流过程焓值恒定的结论,可每次做题都心里发虚,根本说不清楚背后的原理,只当是课本的硬性规定。
一直觉得节流阀压缩流体,压力大幅下降,能量肯定会损耗,焓值必然跟着改变。
那次课程实验实操绝热节流测试,全程使用做了全隔热封装的管道,管壁包裹了厚厚的保温层,杜绝了和外界的一切热传递,整个系统完全满足绝热的核心条件。最开始微调节流阀开度,看着压力表的数值从高压快速跌落,流速仪的数值骤然升高,下意识就判定流体的能量变少了,还拿着草稿纸反复验算,固执的认为压力降低就代表能量流失,完全忽略了节流过程的瞬时性特点,甚至和同学争论了好久,把简单的能量守恒问题,绕进了自己固化的认知误区里。
折腾好久才搞明白,绝热两个字,直接掐断了所有热量传递的可能。
没有吸热、没有放热,系统的热能就不存在任何增减空间。
节流过程从来都不是缓慢的能量释放过程,流体穿过节流阀的过程极其迅速,整个过程转瞬即逝,根本没有充足的时间对外输出机械功,既不会推动设备运转,也不会消耗自身能量完成外力做功,这就意味着流体的总能量没有任何向外流失、消耗的途径。我们肉眼可见的压力降低、流速增大,只是流体内部能量的形式发生了转化,高压状态下的流动势能,转变成了高速流动的动能,只是能量形态互换,整体总量一丁点都没有减少或增加。
之前最大的误区,就是把焓单纯等同于压力大小。
其实焓是流体内能和流动功的总和,是一个综合的能量参数,不是单一的压力指标。绝热节流的全过程,没有热量交换、没有对外做功,符合热力学能量守恒定律,内部能量只是互相转化,综合之后的焓值自然始终保持恒定。所有的参数变化都是内部调剂,不存在外部能量的输入和输出。
那天实验结束关掉设备电源,看着仪器屏幕上稳定不变的焓值数据,突然就消解了攒了很久的疑惑。