作者:Hans K. Fauske, D.Sc, Fauske & Associates, LLC的名誉总裁和摄政顾问
对于化学反应系统紧急发布涉及两相流。为了将闪蒸流的质量通量与局部出口条件联系起来,通常需要非平衡条件。在出口区域上游,如果排气管道足够长,闪蒸过程将接近平衡条件。对于小于100mm的流动长度(非平衡状态),闪蒸流动随着长度的减少而强烈增加,当长度接近零时(节流流)接近所有液体流动。
非平衡流闪烁
如果所有液体都存在于停滞状态(没有蒸汽),大量数据表明,一个100 mm量级的简单长度准则描述了接近平衡闪速流动所需的停留时间(~ 1 ms),平衡速率模型(ERM)很好地描述了这一点(Fauske, 1985):
其中λ为蒸发潜热,vfg为液-气比体积变化,T为温度,C为液体比热,均在滞止条件下计算。而当流路长度趋近于零时,最大非平衡质量通量为
其中P是滞止计压力,ρ是液体滞止密度。考虑到
确定所有液体停滞条件(接近饱和液体和过冷液体)的相关速度和约100mm的长度要求。
平衡闪烁的流
如果在滞止条件下存在液-气(空隙率α > 0.1),则满足1 ms左右停留时间所需的长度L (mm)由
当停滞条件下α < 0.1时,长度增加到L(0.1/α),导致长度需求不同于100 mm。换句话说,100毫米长度的要求只适用于所有液体停滞条件。
长度要求100mm
值得注意的是,约100毫米的简单长度标准是基于滞止压力从约2巴拉到约68巴拉的巨大变化的数据。考虑到公式(2),这表示速度从14.6 m s-1到134 m s-1的很大变化。这提出了一个问题,为什么有一个相对恒定的长度标准约100毫米,即使是高压放电与相关的高速?
回顾在停滞条件下(xo = 0)没有任何蒸汽时,停留时间的参考与成核(蒸汽气泡可以生长的位置的形成)有关。这与蒸汽(xo > 0)的停滞条件相反,在这种情况下,停留时间与汽化有关,并且成核位点(蒸汽)已经存在。
请注意,在68巴拉时,相对于大气压的过热是185°C,而在2巴拉时,只有20°C,这表明比例是9.25。有趣的是,这个过热度比与速度比134/14.6 = 9.18非常接近。
相对恒定的100 mm长度准则对滞止压力的变化(和相关的速度变化)不敏感,因为过热的变化对与成核相关的停留时间有等效的影响。
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参考
Hans K. Fauske, 1985,“闪流或:紧急释放的一些实用指南”,工厂/运营进展(1985年7月)。