真空室压升法测量液态工质漏率可行性分析

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1、第28卷第5期航天器环境T程!()1l；t-10门SPACECRAFTENV[RONMENTENGINEERING467真空室压升法测量液态工质漏率可行性分析孙伟，闰荣鑫，韩琰，邵容平(北京卫星环境上程研究所，北京100094)摘要：文章旨在探讨压升法测量液态工质漏率的可行性，研究液体泄漏的试验方法。首先根据液体饱和蒸气压的理论分析，得出液体挥发引起的定容压力增量：之后通过微进样系统，采用真空室静态升压方法，分别以全氟三乙胺和乙二醇水溶液为研究对象进行试验分析，研究得出漏入液体量V与压力变化△Jp成线性关系，与理论分析计算结果

2、相符合，证明了压升法测液态工质漏率的可行性；最后提出了微量采样系统进行比对测量液态工质漏率的压升试验方法及计算公式。研究结果表明，压升法可有效地测量液态工质漏率，为液体的流动试验研究提供参考依据。关键词：静态压升法：液态工质；漏率：理论分析；试验研究中图分类号：TB774；TNl07文献标识码：A文章编号：1673-1379(2011)05-0467-04DOi：10．3969a．issn．1673-1379．2011．05．0130引言通常情况下，处理液态工质的流动均采用层流THagen．Poiseuille方程来描述其漏率

3、111，进行理论分析及研究。但在实际工程应用中，常遇到微小尺度的流动或泄漏，因漏量小以及液态工质的粘性及表面张力等作用，难以有效地测量液态工质漏率。目前有研究采用显微镜观测毛细管内液柱端而位移的方法来定量分析液态工质漏率【2】，但是液面的蒸发等冈素影响其测量精度【3J，而且无法测量很小的泄漏量；同时，该方法的出口压力为大气状态，并不适用于在真空环境下工作的密封管路的实际工质漏率的测量。考虑液体在真空状态下因压力低于其饱和蒸气压而会发生气化，成为气相态，造成真空度变低，压力升高，根据这一原理测量其压力的变化量即可得到液体漏率。这

4、种方法既可以避免显微镜观测法的不足，也适用于真空环境下运行的产品的柃漏。本文利用所研制的微量注射器和特殊工装将定量的液体直接注入真空室内，观测真空室内的压力变化，从而考察液体漏入真空搴内迅速气化的程度，分析其气化量，并验证液体漏率采用压升法测量的合理性与准确性。1理论分析与计算当液体在室温的压力低于其饱和蒸气压时就将汽化或闪烈41，使密封容器内压力升高。假设液体的压力低于其饱和蒸气压，且全部气化，按照理想气体状态方程‘5】PV：丝JRr，(1)Ⅳ可以计算定量液体注入到真空室内而产生的压力增量。式(1)中：P为气体压力，Pa；y

5、为气体体积，m3；尺为摩尔气体常数，R=8．314J／(mol·K)；T为绝对温度，K；甜为该种气体相对分子质量，kg；M为该种工质质量，kg。从公式(1)可以得到压力增量(Pa)的计算公式为AP：g尺丁，(2)“y式中：P为液体密度，kg／m3：y为真空室内体积，m3；'，为注入液体体积，m3．以全氟三乙胺和乙二醇水溶液为主要研究对象，真空室窖积为5．36L，温度为297K。在此条件下对几种液态工质蒸发产生的压力进行分析计算。1)全氟三乙胺的相对分子质量为371，密度为1．736g／mL，液体注入量为1“L，完全挥发状态下造

6、成的真空容器压力升高值由公式(2)可计算得到：收稿日期：2011-01．25：修回151期：2011．09．23作者简介：孙伟(1984一)，男，硕士学位，研究方向为航天器总装检漏技术。E-mail：sunwei84@163．tom。闫荣鑫(19“一)，男，研究员，博士生导师，中国真空学会质谱与检漏委员会主任委员。468航天器环境工程第28卷AP：!：!墅竺氅×8．31×297：2．15Pa(3)37l×5．36x10。。一2)乙二醇的相对分子质勤62，密度为1．113369finL，液体注入量为lpL，完全挥发状态下造成的真

7、空容器压力升高值由公式(2)町以计算得到：AP：!：!!坐兰竺：竺!：8．31297：8．27PAd-'xx92Pa(4)=一X．=14l62x5．36x10_J。‘3)水的相对分子质量为18，密度为lg／mL，液体注入量为l此，完全挥发状态下造成的真空容器压力升高值由公式(2)可以计算得到：AP：!兰!：!Q!：×8．31×297：25．6Paor5、18x5．36x1014)实际使用的乙二醇水溶液为35％的水和65％的乙二醇，根据上述纯乙二醇和水的计算结果，可以得到注入l此的乙二醇水溶液，将造成真空容器的压力升高14．3P

8、a。上述计算得到的压力增量结果和查询出的液态工质的饱和蒸气压如表l所示。表1液体全挥发压力增量(注入量1肛L)TablelThepressureriseunderfullvaporizationcondition液体种类饱和蒸气压／kPa压力增量／Pa全氟-三乙胺14．821