选取泄漏孔口外截面c-c和压力容器内部截面0-0作为控制体的两个截面,则两个截面之间的能量方程为:Hg+JJ-1p0Q0+v202=JJ-1pcQc+v2c2+cv$T+hf(1)式中,下标0表示高压密闭容器内部气体参数,下标c表示孔口处气体的参数,J为绝热指数,$T为气体流过孔口时内能变化造成的温度变化。由于v0远小于vc,因此可以忽略公式(1)中左边的动能项v202。
hf=Fcv2c2,Fc为局部阻力系数。利用假设4和假设1,方程(1)变成下列形式:Hg+JJ-1RT01-pcp0JJ-1-cv$T=Fv2c2(2)其中,F=1+Fc.由方程(2)得出口气体速度为:vc=2FHg+JJ-1RT01-pcp0JJ-1-cv$T(3)因此,流出高压容器的气体质量流率为:
m泄漏=ApJJ-10RT0p1Jc2FHg+JJ-1RT01-pcp0JJ-1-cv$TF、J、R、pc、T0是常数,令A=2FHg+JRT0J-1,B=2FpJ-1Jc,E=p1Jc,X=2Fcp,上面公式可以简写为下列形式:m泄漏=ApJ-1J0EA-BpJ-1J0-X$T(4)由假设1,得内部气体状态方程:p0V0=mRT0根据假设2知道,状态方程只有高压容器内部气体压力与气体质量随时间变化,因此对上式两边对时间求导数,得:p0V0=mRT0(5)式中,p0为内部气体压力随时间的变化率,m为内部气体质量随时间的变化率。
算例测量系统和测量方法该测量系统包括:测量容器内部压力的压力表和记时表,压力表显示内部压力,它是时间的函数,不同时刻它显示的数值是不同的。进气孔连接外界高压气源和压力容器,用于进气,测压孔用于安装压力表,测量压力容器内部的压力,外部顶盖和法兰,内部顶盖和法兰分别连接,需要,在内部顶盖中心可以加工各种大小和形状的泄漏孔。试验时,将外部顶盖打开,压力容器内部的气体通过内部顶盖表面上的泄漏孔流出,这时,压力表读数将会变化,记下不同时刻的压力,由不同时刻的压力和时间可以算出容器内部压力变化率,用公式(8)可以计算出泄漏孔的当量半径。本实验没有测量温度变化。表1中的数据为泄漏孔半径为1毫米时的结果。
讨论中数据显示出了该数学模型在实际中的应用情况,泄漏孔实际大小和计算值误差在5%范围内,在工业范围内是可以接受的。造成该误差的原因是由于在建立该模型时的一些假设,该假设使模型建立条件偏离实际情况,可以采用修正假设条件的办法改进本模型的计算精度,如引入修正系数,这是流体力学惯用的方法。
当然,实际的泄漏孔形状可能不是规则的圆孔,可能泄漏孔不止一个,裂缝从容器内壁到外壁的几何特性可能变化,但是测量的是泄漏孔的平均当量半径,因此,不同形状泄漏孔的修正系数必然不同。