泄漏量的計算

當發(fā)生泄漏的設(shè)備的裂口是規(guī)則的,而且裂口尺寸及泄漏物質(zhì)的有關(guān)熱力學、物理化學性質(zhì)及參數(shù)已知時,可根據(jù)流體力學中的有關(guān)方程式計算泄漏量。當裂口不規(guī)則時,可采取等效尺寸代替;當遇到泄漏過程中壓力變化等情況時,往往采用經(jīng)驗公式計算。

1.液體泄漏量

液體泄漏速度可用流體力學的柏努利方程計算,其泄漏速度為:

伯努利 方程式

 

 

式中 ?Qo——液體泄漏速度,kg/s;
Cd——液體泄漏系數(shù),按表6—1選??;
A——裂口面積,m2;
ρ——泄漏液體密度,kg/m3;
P——容器內(nèi)介質(zhì)壓力,Pa;
Po——環(huán)境壓力,Pa;
g——重力加速度,
g=9.8m/s2;
h——裂口之上液位高度,m。

液體泄漏系數(shù)Cd

 

對于常壓下的液體泄漏速度,取決于裂口之上液位的高低;對于非常壓下的液體泄漏速度,主要取決于窗口內(nèi)介質(zhì)壓力與環(huán)境壓力之差和液位高低。
當容器內(nèi)液體是過熱液體,即液體的沸點低于周圍環(huán)境溫度,液體流過裂口時由于壓力減小而突然蒸發(fā)。蒸發(fā)所需熱量取自于液體本身,而容器內(nèi)剩下的液體溫度將降至常壓沸點。在這種情況下,泄漏時直接蒸發(fā)的液體所占百分比F可按下式計算:

6-2泄漏時直接蒸發(fā)的液體所占百分比

式中??Cp——液體的定壓比熱,J/(kg·K);?????T——泄漏前液體的溫度,K;?????To——液體在常壓下的沸點,K;?????H——液體的氣化熱,J/kg。
按式6—2計算的結(jié)果,幾乎總是在0~1之間。事實上,泄漏時直接蒸發(fā)的液體將以細小煙霧的形式形成云團,與空氣相混合而吸收熱蒸發(fā)。如果空氣傳給液體煙霧的熱量不足以使其蒸發(fā),由一些液體煙霧將凝結(jié)成液滴降落到地面,形成液池。根據(jù)經(jīng)驗,當F>0.2時,一般不會形成液池;當F<0.2時,F(xiàn)與帶走液體之比有線性關(guān)系,即當F=0時,沒有液體帶走(蒸發(fā));當F=0.1時,有50%的液體被帶走。

2??氣體泄漏量

氣體從裂口泄漏的速度與其流動狀態(tài)有關(guān)。因此,計算泄漏量時首先要判斷泄漏時氣體流動屬于音速還是亞音速流動。前者稱為臨界流,后者稱為次臨界流。???當下式成立時,氣體流動屬音速流動:

6-3氣體流動屬音速流動

 

當下式成立時,氣體流動屬亞音速流動:

 

6-4氣體流動屬亞音速流動

 

 

式中??Po、P——符號意義同前;
k——氣體的絕熱指數(shù),即定壓熱容~與定容熱容Cv之比。???氣體呈音速流動時,其泄漏量為:

6-5氣體音速流動時泄漏量

 

 

 

氣體呈亞音速流動時,其泄漏量為:

6-6氣體亞音速流動時泄漏量

 

 

 

式中??Cd——氣體泄漏系數(shù),當裂口形狀為圓形時取1.00,三角形時取0.95,長方形時取0.90;
M——相對分子質(zhì)量;
R——氣體常數(shù),J/(mol·K);?????T——氣體溫度,K;
Y——氣體膨脹因子,由下式計算:

氣體膨脹因子

當容器內(nèi)物質(zhì)隨泄漏而減少或壓力降低而影響泄漏速度時,泄漏速度的計算比較復雜。如果流速小或時間短,在后果計算中可采用開始時排放速度,否則應(yīng)計算其等效泄漏速度。

3??兩相流泄漏量

在過熱液體發(fā)生泄漏時,有時會出現(xiàn)氣、液兩相流動。均勻兩相流的泄漏速度可按下式計算:

6-8均勻兩相流的泄漏速度

 

 

 

式中??Qo——兩相流泄漏速度,kg/s;?????Cd——兩相流泄漏系數(shù),可取0.8;?????A——裂口面積,m2;?????p——兩相混合物的壓力,Pa;
pc——臨界壓力,Pa,可取pc=0.55?Pa;
ρ——兩相混合物的平均密度,kg/m3,由下式計算:

6-9兩相混合物的平均密度

 

 

 

式中??ρ1——液體蒸發(fā)的蒸氣密度,kg/m3;?????ρ2——液體密度,kg/m3

Fv——蒸發(fā)的液體占液體總量的比例,由下式計算:

6-10蒸發(fā)的液體占總液體的比率

 

 

 

式中??Cp——兩相混合物的定壓比熱,J/(kg·K);?????T——兩相混合物的溫度,K;?????Tc——臨界溫度,K;?????H——液體的氣化熱,J/kg。
當Fv>1時,表明液體將全部蒸發(fā)成氣體,這時應(yīng)按氣體泄漏公式計算;如果Fv很小,則可近似地按液體泄漏公式計算。

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