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阀门内流体的流动特征

2024-08-29 0 编辑:拉斯维加斯3499com | 市场部

阀门内流体的流动特征:

1、流动状态

1.1 层流和紊流是流动流体的两个主要形态。层流中,液体质点非常整齐地、互不干扰地、彼此平行地向前推动;紊流是一种高自由状态,任一点的速度方向和速度大小均是不断变化着的。但在特定方向上,存在着平均流速,各方向上的瞬时流速分量叠加成此平均流速。紊流中会出现非常强烈的介质互相干扰情况。

1.2 层流和紊流这两种形态之间没有明显的分界线,介于它们之间的流动为第三种流态-过渡状态。

2、流量与差压的关系

2.1 当一定量的流体通过阀门时,可以建立流量 Q 与产生的差压 Δp 之间的关系,图 1 给出了流量相对差压平方根的典型曲线。

图 1 流量相对压力降平方根的曲线图

图 1 流量相对压力降平方根的曲线图

2.2 根据图 1,可以看出正常流态时,有层流和紊流现象;紊流状态可能出现:气化、气穴和闪蒸现象。

3、水的流动状态

3.1 当测试管道中流体的雷诺数低于 2000,管中的流体流态是层流;测试管道中流体的雷诺数高于 3000,管中的流体流态为紊流。

3.2 层流状态下,通过管子和阀门的能量损失与速度是线性相关的。紊流状态下通过管子和阀门的能量损失与速度的平方成比例。在过渡状态下,通过管子和阀门的能量损失是变化的。相同流量下,不同流态的流体通过管子或穿过障碍物时的差压是不同的。为了补偿流阻变化的影响,可为阀门确定修正系数。

3.3 根据紊流状态下的流量系数,按式(1)计算不同流态时的流量系数:

Kv,req=FR·Kv …………………………(1)

式中:

Kv,req——阀门在某一紊流状态时的流量系数;

FR——阀门雷诺数的函数,当阀门的雷诺数已知后,可通过图2确定系数FR;

Kv——阀门的流量系数。

图 2 系数 FR 与雷诺数之间的函数关系示意图

图 2 系数 FR 与雷诺数之间的函数关系

4、气穴和闪蒸

4.1 差压的产生

流体在某种尺寸的管子内流动,当流经截面缩小的管子时,流速提高而压力下降。然而,流体到下游与前面同等尺寸的管子时,流速会下降到原来大小,而压力只有部分恢复,因而介质流经此设备时产生了差压。

4.2 气穴现象

流体通过阀门会有差压产生,随着管道内流量增加,流速也在增加,而在阀门处的压力则下降。在相同上游压力下,若下游流量增加,会使得阀门处有较大的差压,若流体的最小差压至该条件下介质蒸气压力或蒸气压力以下时,流体介质开始蒸发。如果阀门出口处的混和压力大于介质的蒸气压力,气相会变回液相。整个液-气-液相的变化过程就是气穴现象。

4.3 扼流

如果在相同上游压力下,继续增加阀门处的差压,液态介质在该处横截面积最小的位置会完全气化,这时流速达到最大,称之为扼流。

4.4 破坏

4.4.1 蒸气-液体的相变是阀门受损的主要原因。相变期间,介质以高速喷射和冲击波的形式对阀门的内表面进行冲击。在足够的强度,近程距离和时间作用下,这种冲击会损坏内件材料,从而使阀门无法维持其功能或结构的完整性。

4.4.2 闪蒸具有较高的侵蚀特性。出现完全气穴现象时,在相同的上游压力条件下,如果增加差压,阀门下游的压力将永远不会恢复至介质的蒸气压以上,这种介质仍以气相存在,被称为闪蒸。


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