紧急救援系统设计中的流态表征gydF4y2Ba

作者本杰明·杜普博士，福斯克联合有限责任公司高级核化学工程师gydF4y2Ba

紧急救援系统(ERS)的流态表征gydF4y2Ba设计是重要的，因为它可以影响你所需要的排气口gydF4y2Ba尺寸并将影响液体材料的数量和速率gydF4y2Ba那是通风的。gydF4y2Ba

通风的液体材料的数量和速率将影响下游流出物处理设备的设计。在紧急释放系统设计的背景下的流动制度是指蒸气（和/或气体）和血管中液相之间的相互作用。流动制度是在紧急浮雕期间通风材料的特征。gydF4y2Ba

紧急救济系统（DIERS）计划[1]设计研究所有助于了解血管液体两相流动在血管中的行为，并提供合理地易于使用通常描述两相流动行为的相关性。得到的相关性基于漂移通量模型[2-3]方法。漂移助熔剂模型将蒸汽和液相视为单一的均匀混合物，但是使用本构相关性相关性地描述两相的速度和非均匀分布。模拟蒸汽和液体之间的速度差的漂移速度定义为gydF4y2Ba

(1）gydF4y2Ba

其中j =局部蒸汽和液体表面速度的总和，m/sgydF4y2Ba

ugydF4y2Ba_ggydF4y2Ba=局部蒸汽速度，m/sgydF4y2Ba

VgydF4y2Ba_gjgydF4y2Ba=蒸汽驱速度，m/sgydF4y2Ba

α =局部蒸汽孔隙率，-gydF4y2Ba

⟩=表明流动区域利用，-gydF4y2Ba

对相的非均匀分布进行建模的分布系数定义为gydF4y2Ba

（2）gydF4y2Ba

其中CgydF4y2Ba_0gydF4y2Ba=分配系数，-gydF4y2Ba

利用漂移通量模型，最初在DIES程序[1]中定义了两个流动制度。这两个流动制度是气泡和湍流的流动制度。存在诸如壁沸腾或泡沫制度之类的其他流动制度，但是本文不再进一步讨论这些流动制度。gydF4y2Ba

气泡流的特征是较小的气泡，通常是球形或接近球形的形状，直径一般小于11毫米(对于水)。这些气泡具有较大的比表面积和体积比，在流场中分布较为均匀。图1显示了垂直气水试验段的气泡流图像。动量在汽泡界面的汽相和液相之间传递。这说明汽泡比表面积的增加使汽液相耦合更紧密，汽液相分离更少。gydF4y2Ba

搅拌-紊流流态的特征是较大的气泡可以被拉长，流动结构非常湍流，部分原因是气泡引起的湍流。这些气泡的表面积与体积比较小。图2为垂直气水试验段的搅拌-湍流流场图像。这幅图像是在一个直径为2英寸的圆柱形测试段获得的，它比大多数容器要小得多，壁可以影响流动结构。这些墙的影响并不明显gydF4y2Ba大型船只。与气泡流相比，气泡流的比表面积体积比更小，表明汽液两相没有紧密耦合，导致该流态汽液两相的分离更多。gydF4y2Ba图1垂直空气-水测试区域的气泡流图像-由B. Doup博士和X. Sun博士提供(俄亥俄州立大学)gydF4y2Ba

原始DIES程序[1]中使用的漂移速度的形式由gydF4y2Ba

（3）gydF4y2Ba

其中m = 3用于泡沫流动制度和逼近的湍流流动状态gydF4y2Ba
气泡流态N = 2，搅乳湍流态N = 0gydF4y2Ba
ugydF4y2Ba_∞gydF4y2Ba=泡沫上升速度，m / sgydF4y2Ba

图2垂直空气-水试验段的搅拌-湍流流动图-由B. Doup博士和X. Sun博士提供(俄亥俄州立大学gydF4y2Ba

它们通过假设平均容器空隙率等于用于起泡流动的局部空隙级分，并且通过在两相混合物的高度上平均流失湍流中的空隙部分来平均空隙幅度的空隙幅度的局部空隙级分和通过平均空隙幅度的空隙部分。Grolmes和Fisher [4]重新研究这些相关性并衍生出在不假设平均容器空隙率等于局部空隙级分的情况下获得的替代形式的替代形式。来自原始DIES编程[1]的蒸汽表情速度关系在等式4中给出。gydF4y2Ba

（4）gydF4y2Ba

在jgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba=蒸汽表面速度，m/sgydF4y2Ba
α~=血管平均空隙分数， -gydF4y2Ba

气泡上升速度的形式是通过对无限介质中的单个气泡进行力平衡(即压力=体力+阻力)得到的。图3示意地显示了这个力的平衡。gydF4y2Ba

压力的定义如式5所示gydF4y2Ba

（5）gydF4y2Ba

在维gydF4y2Ba_bgydF4y2Ba=气泡直径，mgydF4y2Ba
FgydF4y2Ba_pgydF4y2Ba=压力，kg∙m/sgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba
g =引起的加速度，m / sgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba
ρgydF4y2Ba_fgydF4y2Ba=液体密度，kg/mgydF4y2Ba^3.gydF4y2Ba

体力在等式6中定义gydF4y2Ba

(6）gydF4y2Ba

FgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba=体力，kg∙m/sgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba
ρgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba=蒸气密度，kg / mgydF4y2Ba^3.gydF4y2Ba

阻力的定义如式7所示gydF4y2Ba

(7）gydF4y2Ba

其中CgydF4y2Ba_DgydF4y2Ba=拖动系数gydF4y2Ba
FgydF4y2Ba_DgydF4y2Ba=阻力，kg∙m/sgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba

阻力系数如式8所示gydF4y2Ba

（8）gydF4y2Ba

在μgydF4y2Ba_fgydF4y2Ba=液体动力粘度，Pa∙sgydF4y2Ba
σ =表面张力，N/mgydF4y2Ba

然后得到的泡沫上升速度gydF4y2Ba

（9)gydF4y2Ba

研究人员用实验确定的系数代替√2因子。Peebles和Garber[5](根据Wallis[3])表示气泡上升速度为gydF4y2Ba

（10）gydF4y2Ba

用于在泡沫流动状态下的气泡上升速度的DIERs程序中使用。gydF4y2Ba

Harmathy[6](根据Wallis[3])表示气泡上升速度为gydF4y2Ba

（11）gydF4y2Ba

利用DIERS程序计算了搅拌-紊流流态下气泡上升速度。gydF4y2Ba

下一个逻辑问题是如何确定新材料或新材料混合物的流动状态?现在唯一的选择就是在紧急救援条件下测试你的材料。gydF4y2Ba

**见2018年秋季gydF4y2Ba过程安全gydF4y2Ba为详细的流态测试方法和样本数据提供简报。gydF4y2Ba

参考gydF4y2Ba

1. Fisher, H.G., Forrest, H.S., Grossel, S.S., Huff , J.E., Muller, A.R., Noronha, J.A., Shaw, D.A., and Tilley, B.J., Emergency Relief System Design Using DIERS Technology, The Design Institute for Emergency Relief Systems (DIERS ) – Project Manual, 1992.
2. “两相流系统的平均体积浓度”，《机械工程学报》，1965年11月。gydF4y2Ba
3. 王志强，一维两相流，1969。gydF4y2Ba
4. Grolmes, M.A.和Fisher, H.G.，“用于紧急救济排放评估的汽-液开始/脱离模型”，准备在1994年全国夏季会议上发表，1994年。gydF4y2Ba
5. Peebles，F.n.和加尔伯，H.J.化学工程进展，Vol。49，pp。88-97,1953。gydF4y2Ba
6. 咳嗽，T.Z.Aiche Journal，Vol。6，pp。281年，1960年。gydF4y2Ba

Benjamin Doup博士是Fauske & Associates, LLC热危害部门的高级核和化学工程师。gydF4y2Ba基于风险的检验gydF4y2Ba和其他过程安全问题，请联系info@fauske.com或630-323-8750。gydF4y2Ba