紧急救济系统设计中的流动制度特征

Benjamin Doup，Ph.D.，高级核和化学工程师FaeSke& Associates, LLC 

紧急救济系统中的流动制度表征（ERS） 设计很重要，因为它会影响所需的通风口 尺寸并会影响液体材料的数量和速率 那是通风的。

通风的液体材料的数量和速率将影响下游流出物处理设备的设计。在紧急释放系统设计的背景下的流动制度是指蒸气（和/或气体）和血管中液相之间的相互作用。流动制度是紧急浮雕期间通风材料的特征。

紧急救济系统（DIERS）计划[1]设计研究所有助于了解血管中蒸汽液体两相流的行为，并提供合理易于使用通常描述两相流动行为的相关性。得到的相关性基于漂移通量模型[2-3]方法。漂移通量模型将蒸汽和液相视为单一均匀混合物，但是使用本构相关性相关性地描述两相的速度和非均匀分布的差异。模拟蒸汽和液体之间的速度差的漂移速度定义为

                                                  (1)

在哪里             J =局部蒸汽和液体表面速度的求和，M / s

                    u_g =局部蒸汽速度，m / s

                   V_GJ. =蒸汽驱动速度，m / s

                     α=局部蒸汽空隙分数， -  

                    ⟨ ⟩ =表示流量区域利用， -  

模拟阶段不均匀分布的分配系数被定义为

    (2)

在哪里           C₀ =分配系数， -

利用漂移通量模型，最初在DIES程序[1]中定义了两个流动制度。这两个流动制度是气泡和湍流的流动制度。存在诸如壁沸腾或泡沫制度之类的其他流动制度，但是在本文中没有进一步讨论这些流动制度。

气泡流动制度的特征在于通常的气泡通常是球形或近的形状的球形，直径通常小于11mm（用于水）。这些气泡具有大的表面积至体积比，并且在流场中相当均匀地分布。图1显示了垂直空气试验部分中的起泡流动的图像。在蒸汽气泡界面处的蒸汽和液相之间转移动量。这表明蒸汽气泡表面积的增加导致蒸汽和液相之间的更紧密的耦合，结果在蒸气和液相之间的脱离脱离。

湍流流动状态的特征在于可以伸长的气泡，并且由于气泡诱导的湍流，流动结构是非常湍流的。这些气泡具有较小的表面积与体积比。图2显示了一个 搅拌湍流流动的图像在垂直的防风试验部分。在2“直径圆柱形试验部分中获得该图像，其远小于大多数容器，并且壁可以影响流动结构。这些墙壁效应不是明显的 大型船只。与起泡流动制度相比的较小的表面积到体积比表明蒸汽和液相没有紧密耦合，导致该流动状态的蒸汽和液相之间的脱离脱离。  图1垂直空气试验部分中的起泡流的图像  - 由B. DOOW博士和X. Sun博士（俄亥俄州州立大学）提供

原始DIES程序[1]中使用的漂移速度的形式由

  (3)

在哪里           m = 3对于泡沫流动制度和接近的流失湍流流动制度
                       对于泡沫流动制度，n = 2为搅拌湍流状态
                    u_∞ =泡沫上升速度，m / s

图2垂直空气试验部分中搅拌湍流的形象 - 由B. DOOW博士和X. Sun博士（俄亥俄州州立大学）提供

它们通过假设平均容器空隙部分等于局部空隙率，将蒸汽表面速度与平均空隙部分相关的蒸气性表面速度与用于起泡流动的局部空隙部分，并且通过在两相混合物的高度上平均搅拌湍流中的空隙部分。 Grolmes和Fisher [4]重新研究了这些相关性并衍生出在不假设平均容器空隙级分等于局部空隙级分的情况下获得的替代形式的替代形式。来自原始DIES程序[1]的蒸气性表面速度关系在等式4中给出。

 (4)

在哪里           j_g =蒸气性表面速度，m / s
                     α~=血管平均空隙分数， -

通过在无限培养基（即压力=体力+拖动中的单个气泡上进行力平衡来获得气泡上升速度的形式。图3示意性地示出了该力平衡。

压力在等式5中定义

          (5)

在哪里           d_b = bubble diameter, m
                      F_p=压力，kg∙m / s²
                       g =引起的加速度，m / s²
                      ρ_f =液体密度，kg / m³

体力在等式6中定义

         (6)

在哪里             F_g = body force, kg∙m/s²
                       ρ_g =蒸汽密度，kg / m³

拖动力在等式7中定义

         (7)

在哪里             C_D = drag coefficient
                       F_D = drag force, kg∙m/s²

拖动系数可以表示如等式8所示

  (8)

在哪里                 μ_f =液体动态粘度，pa∙s
                           σ=表面张力，n / m

然后得到的泡沫上升速度

 (9)

研究人员更换了√2 通过实验确定的系数因子。 Peebles和Parber [5]（根据Wallis [3]）呈现泡沫上升速度

 (10)

用于在泡沫流动状态下的气泡上升速度的DIERs程序中使用。

伤口[6]（根据Wallis [3]）呈现泡沫上升速度

 (11)

用于DIES程序中的用于湍流流动状态的气泡上升速度。

下一个逻辑问题是如何确定新材料或新材料混合的流动制度？此时唯一的选择是在紧急救济条件下测试您的材料。

**见2018年秋季 过程安全 详细信息制度测试方法和示例数据的通讯。

参考

1. Fisher，Hg，Forrest，HS，Grossel，SS，Huff，JE，Muller，AR，诺伦哈，JA，Shaw，Da和Tilley，BJ，使用DIERS技术的紧急救济系统设计，紧急救济系统设计院（DIERS ） - 项目手册，1992年。
2. Zuber，N.和Findlay，J.A.，“两相流量系统中的平均体积浓度”，传热，1965年11月。
3. Wallis，G.B.，一维两相流，1969。
4. Grolmes，M.A.和Fisher，H.G.“汽油液发作/脱离释放评估脱离建模”为Aiche 1994年夏季国家会议，1994年夏季国家会议准备。
5. Peebles，F.n.和加尔伯，H.J.化学工程进展，Vol。 49，pp。 88-97,1953。
6. 咳嗽，T.Z. Aiche Journal，Vol。 6，pp。 281年，1960年。

Benjamin Doup博士是FaeSke热危险部门的高级核和化学工程师& Associates, LLC.  有关更多信息或讨论紧急救济系统设计，DIERS，两阶段流量制度， 基于风险的检查 和其他过程安全问题，请联系[email protected] or 630-323-8750.