闪蒸与气蚀

问

题：

调节阀气蚀和闪蒸——理论的临界压力比

说明：然而，问题就是在于找到一个预测的方法，对于在任何蒸气压下的流体来说，缩流处的压力比阀门的总压力低多少才能产生阻塞流。为了在理论上说明这一点，对流体在阀门入口和缩流处之间的流动做一个热动力学过程的假定，即假设流体全是液体和阀门出口与入口的面积相等，则从阀门入口到出口的过程中各点的热始均相等。然而，存在阻塞流，在缩流处必定会出现部分蒸气。显然，流体速度比入口的要大得多。因此，等焓过程的假定是不切合实际的。

恒熵或者等熵过程要求没有流体摩擦存在。然而，对于流动着的流体来说，这是不可能的。热力学教科书指出，流动流体在经受收缩和扩大的过程中产生摩擦损失，其绝大部分是出现在扩大的过程中。因此，在收缩到缩流处的这种摩擦损失很小，这种事实证明了缩流为恒熵过程的假定。

除了恒熵假定之外，还假定阀门入口流体全是液体并且是饱和状态。如果由于逐步降低缩流处的压力，致使通过阀门的流量不断增加，那么，可用下式计算出每个缩流压力下的最后混合品质。

（40）

式中

X——混合品质；

S vc=S1——在入口和缩流处流体的熵，英热单位/磅-℉；

S f——缩流处压力下饱和液体的熵，英热单位/磅-℉；

S lg——缩流处压力下饱和蒸气和液体的熵差，英热单位/磅-℉。

因为混合品质己知，用比容代替熵，重新排列上述关系式，可以用来计算假定的每个缩流处压力下的缩流处的比容。

（41）

式中

V vc——缩流处的比容，英尺3/磅；

V f——缩流处压力下饱和液体比容，英尺3/磅；

V fg——缩流处压力下饱和蒸气比容和液体比容的差值，英尺3/磅。

用这些数据可以描绘出一根确定压力和缩流处的流体比容之间的关系曲线，假定阀门入口压力为饱和压力。图9表示上述的代表性曲线。

可以导出流体通过调节阀节流孔的理论质量流量的表达式：

（42）

式中

W/A——每单位流通面积的理论质量流量，磅/秒-英尺2。

g——重力加速度，英尺/秒2；

V——缩流处比容的积分上限，英尺3/磅；

V vc——缩流处比容、英尺3/磅；

dP vc-——缩流压力差，磅/英尺2绝压。

因为在缩流处的比容和压力之间的数学关系是不知道的，上式中的积分必须在图上获得。获得积分值，就能够算出各种缩流处压力下的W/A值，缩流处的压力可以从曲线图上标绘出。这种曲线有一个陡峭的斜率，这是由于流体从饱和液体状态减少到缩流处的压力所致。不管怎样，曲线斜率开始减少，随后进一步减少，直至最后斜率减少到零为止，则表明为理论的阻塞流状态。回想一下，这种状态也曾为试验所测定（见图7）。在缩流处的压力下，计算的质量流量会低于指示器指示的阻塞流流量，在表面上看来流量是减少了。然而，实际上观测到的流量达到了阻塞流的状态，尽管阀门下游的压力进一步减小，仍保持这种流量。图10描述了W/A相对于Pvc的代表性的曲线形状。试验测定的阻塞流流量超过使用本章节列举的方法所计算

的理论值。

在最大W/A值下的Pvc与Pv之比定义为理论的临界压力比，用符号r c表示。这个比值适用于图10的整个曲线。

（43）

重新排列上面的方程式，可以看到，产生阻塞流所需的缩流处压力等于理论临界压力比和蒸气压的乘积。

（43a）

图11表示了蒸气压力从零到临界压力Pc的数值范围内，水的r c与Pv关系。

为了预测阻塞流在缩流处的压力，把适用的Pv标记在曲线图上，在纵座标上读出相应的r c值，就可得到r c值和记入值Pv的乘积。

在编制各种液体包括两种致冷剂、烃类和除水以外的单元素液体的这种曲线时，注意到这些曲线的形状以及r c值范围方面有明显相似的地方。只要稍微牺牲一点精度就可以把这些曲线合并为一条曲线，如图12所示。图12的横座标上表示Pv/Pc而不是Pv，若干常见的液体的临界压力Pc在表9中列出。

网名： i-Cyes

时间： 2011-6-24 浏览： 348

在气蚀和闪蒸场合下调节阀选用的研究

标题：在气蚀和闪蒸场合下调节阀选用的研究

作者：马玉山

来源：互联网

在一个完全不含有气体或蒸汽的液流中，经常会遇到两种现象，即气蚀和

闪蒸（有些资料把气蚀称为空化）。这种现象对于任何调节阀的综合性讨

论都有重要的意义。因为，这种现象的产生将影响到阀门大小的计算方法，

可能引起噪音和振动，以及可能缩短调节阀零件和邻近的下游管线的使用

寿命。虽然，气蚀和闪蒸的定义之间有相似之处，但也有重要的差别。

1 气蚀和闪蒸的定义及产生条件

气蚀是一种两阶段的现象，第一阶段是在液体中形成空腔（气泡）；第二阶段是这些空腔挤压破裂而恢复成为全部的液体状态。有些关于气蚀的定义仅仅限于空腔的形成，但是从调节阀的观点来看，这似乎是不实际的定义。因为，气蚀的最大影响和大多数的气蚀现象都是与空腔的破裂有直接的关系，而不是空腔的形成。而闪蒸则是在气蚀的第一阶段形成的气泡（空腔）一直持续到通常发生破裂的下游，这个过程称为闪蒸。下面通过讨论孔板的工作情况来说明这一问题（可以把孔板模拟为一个有一定开度的调节阀）。如图1所示，当压力为P1的液体流经节流孔时，流速突然急剧增加，而静压力骤然下降，当孔后压力P2达到或者低于该液体所在情况下的饱和蒸汽压时，部分液体产生气化，形成气液两相共存的现象，在液体中产生空腔，这就是气蚀的第一个阶段。从离开缩流孔的下游开始，液体磨擦引起流体减速，其结果使流体截面和压力都增加，这种速度与压力头之间的能量反向转换称之为“压力恢复”。由于在缩流处减少到蒸气压所形成的气泡在压力增加的下游不可能存在，就会挤压破裂而恢复形成液体状态。至此，气蚀过程完成。如果下游配管系统的压力正好相当于或小于入口的蒸汽压，继续流入下游流体的蒸汽百分比会不断增加，流体速度持续增长其结果将产生闪蒸而不是气蚀[1]。

那么在调节阀中发生气蚀和闪蒸的条件是什么?