第一次看见“mbar·l/s”有点懵,只知道是气密测试的泄漏率单位。
然后我就去查了一下,接下来就简单分享一下。
先举个简单例子,如果说水龙头滴水,那么在给定时间h内滴出l升水,水龙头的泄漏率仅仅用 l/h(升/小时)表示就可以了,因为水是不可压缩的。
但是气体不行,气体是可以压缩的,就不能像水一样那么简单的表示。
通过气体的理想状态方程可知,温度不变的情况下,体积与压力的乘积是定量。
PV=nRT
再举个例子,如果容器内有1升气体,且当前压力为 10 bars。如果这些气体通过容器壁上的一个漏洞向外泄漏,那么在正常大气压下(即 1 bar ),漏出气体的体积就会是10升,严格来讲应该是9升,还有1升留在容器内。
所以,气体的量可以表达为压力与体积的乘积,泄漏前后的乘积差值
再除以时间s,就可以得到气体的泄漏率,就是一开始提到的单位mbar·l/s。
注意这个地方要注意两个小问题点:
1.容器的压力是表显压力还是绝对压力?
绝对压力=表显压力+大气压力,所以这里的10bars是绝对压力。
2.气体的泄漏率的大小是越来越小吗?
气体压力是导致气体泄漏的驱动源,容器体积不变的情况下,压力在不断降低,所以泄漏率也会变小,直到压力差为0,泄漏率就为0,即泄漏率是一个平均值。
2-1.借着问题2,我们扩展一下思路,如果是气球泄漏的话,泄漏率会不会是个恒定值?
我只能说不一定,有兴趣的可以去研究一下。
虽说泄漏率的单位是mbar·l/s,实际测试中,燃料电池电堆的气密测试结果用的仅仅是压力值,即用保压的方法,在单位时间内,看看压降是多少。
之所以可以这么用,就是因为电堆内腔体积是不变的,变的只有压力。
下一话题,
我最近在学习流体仿真软件STAR-CCM+,我发现一个值得稍微讨论的小问题,个人觉得挺有意思的。
讨论背景(节选于分享的电子书):
1.流体流过壁面时,紧贴壁面的位置会形成层流底层,流体在该处的流速很低(几乎可看作为0),故此处流体与壁面进行的是导热过程;在层流之外的区域,热传递方式主要是对流传热过程。
2.通常情况下,流体与壁面之间的对流换热可用下式表达:
Q=h(T1-T2)
我思考的问题是,既然流体与壁面先是导热,然后才是对流换热,为什么可以直接用公Q=(T1-T2)来计算流体与壁面之间的换热,是因为导热可以忽律不计,还是无法确认导热与对流换热的边界,或是导热发生的很快,导热与对流换热之间的温度梯度很快变为0?
说简单点,我认为导热和对流不一样,所以当它俩混在一起时,计算就应该分开计算。
就这个问题及我的想法,我请教了一下我的学弟---力学在读博士,他通过公式的演变,给我的解释是,导热与对流在本质上是一致的。
经过思考,我赞同这个观点。
首先,我反思了一下,我为什么会思考这样的问题,就是一开始,我从字面意思上就认为导热与对流是不一样的,说简单点就是看待问题太表象了。
其次,我再想,怎么去理解导热与对流在本质上是一样的,既然壁面处的流体速度为0,那么就可以理解:导热是静态物体间的传热,跟物体形态无关,对流就是动态物体间的传热,也跟物体形态无关。静态与动态的差别就是,静态时,物体间的温差是在逐渐变小的,此时的温差减小是一方增大,一方减小,互相靠近,直到温度平衡;动态时,物体间的温差也是减小的,但此时的温差减小是一方不变,一方减小,直到减小一方的温度等于不变方的温度。
举个小例子,煮完的鸡蛋放在盛满水的碗里,假设水与外界绝热,鸡蛋的温度是70℃,水是10℃,最终可能鸡蛋只能被冷却到20℃,这时的水也是20℃;用10℃流动的水去冲刷70℃的鸡蛋时,鸡蛋会被冷却到10℃,流动水的温度不会变。其实本质上都是鸡蛋与水的导热。
所以,我理解的是对流是一种特殊的导热。
这次的学习记录就写到这,难免会有差错,仅供参考。