脉冲 - CAESAR II - 帮助

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12

这种荷载的特性曲线是荷载先从零跃升至某一值,保持相对的稳定一段时间后再突降到零。由于突跃时间很短,这类荷载的特性曲线接近矩形。对于具有脉冲力/时间谱的荷载,时程或力谱法是最好的求解方法。具有脉冲时间谱类型的主要荷载有安全阀、水锤和柱塞流。

安全阀

当系统压力达到危险值时,安全阀按设定打开排出流体,降低内压力。安全阀泄放产生的泄放反力作用于管道系统。安全阀打开过程中,此力从零上升至最大值。安全阀保持打开状态(泄放反力保持相对不变),直到足够多的流体排出以缓解超压状态。然后,安全阀关闭,泄放反力随着阀门的关闭而突降。

流体锤

当系统的流体流动因阀门关闭或停而突然中断时,系统中剩余流体不能立即停止流动。流体继续流入阻塞区域(阀门上游),由于流体压缩而造成高压状态。而在另一侧,流体离开阻塞点,造成低压(真空)状态。在沿着管道的下一个弯头或闭合回路的流体仍然处于初始操作压力,其结果是一不平衡压力荷载作用于阀座或弯头处。

流体继续流动,压缩(或减压)流体进一步远离阻塞点,使压力脉动的前缘通过管线。当脉冲通过第一个弯头时,管道各端的压力相等,对第一个管段产生平衡(即,零)压力荷载。由于通过弯头,不平衡压力已转到第二个管段。随着不平衡压力荷载随着压力脉冲向后回到原点或向前传递到水槽,不平衡压力在后续管段中继续上升或下降。

荷载特性曲线上升段的时间大致是从满流量到低流量所消耗的时间,例如阀门关闭时间、停时间等。在脉冲通过系统时,压力脉冲前缘不会变化,所以突降时间相同。荷载从产生到开始突降的时间等于压力脉冲通过管段长度所需时间。

柱塞流

大多数管道系统的设计用于单相流体(即,均匀的液体或气体)。但在某些情况下,流体可能具有多个相并且易受团状流(柱塞流)的影响。例如,液体段塞可以夹带在湿蒸汽管线中。当柱塞流在弯头或三通中改变方向时,柱塞流会产生不平衡荷载。

通常,管道系统中流体改变方向通过弯头会给其施加作用力。此作用力等于相对于时间的动量变化,或

Fr= dp / dt = Dr v2 A [2(1 - cos q)]1/2

式中:

dp = 动量变化

dt = 时间变化

Dr = 液体密度 - 蒸汽密度

v = 流体速度

A = 管道内截面积

q = 弯头角度

流体密度恒定,施加的力通常恒定而且比较小,小到足以被管壁张力轻松吸收。然后,施加的力传递到相邻的弯头,荷载大小相等,方向相反,使系统净荷载为零。因此,这种动量荷载通常在分析中被忽略。如果流体速度或密度随着时间的变化而变化,则动量荷载也随着时间而变化,产生了其它弯头不能抵消的动态荷载。

以气体系统的液体柱塞为例。由于气体密度接近于零,因此稳态动量荷载无关紧要。突然液体柱撞到弯头使动量荷载呈数量级增长。此荷载仅持续到液柱穿过弯头,接着又突然降到接近零的大小,柱塞流荷载的确切特性曲线取决于柱塞形状。荷载持续时间等于液柱长度除以液柱速度。

式中,

F1 = rv2 A(1 - cos q)

Fr = rv2 A [2(1 - cos q)]½

F2 = rv2 A sin q