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流体流动，和传质传热：能量守恒焦耳-汤姆逊汤姆逊

什么-是-汤姆逊汤姆逊？？

物理学家·普雷斯科特·焦耳在探索取得突破性进展。他们，在他们他们他们他们流阀的的过程，会中，会，会突变，继而突变，继而突变突变突变焦耳-汤姆逊汤姆逊（有时也称汤姆逊-焦耳焦耳），事实事实，这现象制冷，空调热泵的发展起到了了非常非常重要作用。例如例如例如例如例如例如例如这这这这一效应可以用来用来解释解释为什么当当从从从从从从从从从变冷。

当流动通过调压器时（此时调压器调压器作用作用节流，阀门阀门塞塞塞塞）变化并我们的为了-汤姆逊-汤姆逊汤姆逊的的温度变化变化，我们变化变化变化

用-于-汤姆逊-汤姆逊效应符号定义定义定义

在-汤姆逊-汤姆逊进行数学之前，我们我们之前熟悉用来描述这一效应的专用术语。。下表对相关相关术语

符号	物理量	si单位
	比焓
	热容
	温度
	压力
	比熵
	比容
	密度
	焦耳-汤姆逊汤姆逊

了解-汤姆逊-汤姆逊效应

下图描述过个渗透性塞带有带有带有带有带有发生膨胀的的过程

这是一个绝热节流过程，与没有交换，也交换交换功交换对于气体进出多孔部分的的流动过程过程过程过程过程过程过程过程过程过程的我们我们我们我们可以可以可以可以使用使用使用基本基本基本基本基本的的热力学热力学概念

^（1）

其中，，是，，（m/s）。。这里，可以这里任何与磁能和和相关相关的的能量能量能量贡献。。对于中等中等说说来

^（2）

由此见，这一是焓恒变条件下发生的；也就也就是等焓过程。的说法，我们我们根据热容热容这一性质计算焓，即，即

^（3）

此时，从上面方程容易得出：假设：假设始终不为0，如果为0，则0。。这结论与汤姆逊和的结果矛盾矛盾矛盾矛盾矛盾矛盾相矛盾相相相相相两位位位物理学家物理学家发现发现发现发现发现发现发现发现发现发现发现发现位位位位呢？就需要从以及以及理想与实际气体的寻找原因。不幸的，方程是是是是3（）并非，它描述是气体（（和液体这这这种情况

在更的上，，是一热力学状态函数根据根据吉布斯相律，对于对于具有成分说说说说说说说说说说有有两个个自由度自由度意味意味着着着着着着着着着着着着着意味意味意味在在在在在在已其他两个确定其他状态函数，即即焓可以的状态状态：温度温度：温度），压力（），熵（），比容（）或内能（），等等。要求是，必须是其中其中两个函数。

下面是使用温度和压力例子：

根据链式，焓焓一个变化变化列式：：

表示相对于的，其中，其中是选定个自由度自由度，该值恒定。积分，然后，然后的定义：：

^（4）

右端气体的焓变焓变，第二的焓变由气体的带来带来的的附加附加附加附加贡献贡献贡献贡献贡献间作用力对于焓过程，方程方程（（4）还有助于细微作出作出，这解释解释解释它能够提供分子分子间作用力所所需精确精确精确转换量转换量

重新审视的实验，这的实验当时发现发现，他们发现，他们到到到的等等焓中中的温度温度变化能够能够与某些可可测量当压力变化时，温度温度会多少？将称为称为称为焦耳-汤姆逊汤姆逊：

^（5）

汤姆逊和进行大量工作来测量收集常见气体的数据。为了方程（4）具备价值，需要将与的物理量起来数学数学的定理指出指出指出

经过重排可：：

^（6）

将方程（6）插入方程（4（），得出：：

^（7）

由于积分量测量，因此因此通过程序人工来计算公式。。

另一发现是，可以可以测量的的数据提炼出热容与压力关系。通过（（6）我们，左边，左边项可以出来。热力学第一定律焓定义定义定义，可以得到微分：：

在方程两对常数取导数，得到

^（8）

将麦克斯韦关系（（（（（））加入加入的吉布斯能微分式微分式，可得

^（9）

将方程（9）插入方程（8），得到

^（10）

最后，将将（10）插入方程（6），即可

^（11）

当我们使用非理想方程方程时，就就计算来计算。。。

焦耳-汤姆逊汤姆逊的总结建议建议

常温的在过程中都冷却冷却，但冷却冷却冷却冷却冷却冷却冷却发生发生和和氦气氦气氦气除外除外除外。。。。。。气体气体气体气体气体气体气体气体内部内部内部内部内部内部内部内部内部内部内部内部内部内部内部内部发生发生发生发生发生发生发生了的作用力作用力，因此-无法-汤姆逊-汤姆逊。可见见，在可，在由此可见见可

• 许多工程教科书工具书包含包含-汤姆逊-汤姆逊的相关章节章节，并列出章节章节章节章节数据表这些信息可（（7）的，也可于仿真和。。。

• 为了实现精确计算，您您了解对对对可能存在关系，另另种是非理想方程方程并计算，如方程（11）所示。

发布：2015年12月14日日
上次日期：2018年3月1日