液态工质与示漏气体He的漏率等效关系研究

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1、航天器环境工程第27卷第2期190SFlACECRAFTENVIRONMENTENGnqEERn、IG2010年4月液态工质与示漏气体He的漏率等效关系研究孙伟，闫荣鑫，韩琰，邵容平(北京卫星环境工程研究所，北京100094)摘要：研究密封管路液态工质与示漏气体He问的漏率等效关系，对提高检漏工作的准确性和可靠性有着重要意义．文章以环控生保系统中密封管路所用的液态工质(全氟三乙胺，乙二醇)为研究对象，对液体的流态及泄漏的相态进行理论分析，得出液态工质与He气漏率等效关系的数值区间，并利用质谱分析技术，采用金属压扁型漏孔模拟真实的泄漏孔隙进行试验研究。试验结果表明，液态工质与示漏气体的

2、漏率比值在理论数值区间之内，流动过程中呈现两相流的状态，并且乙二醇的漏率要比He气小，而全氟三乙胺的漏率要比He气大。试验结果为研究液体泄漏过程及液、气漏率等效关系提供了基本方法和基础数据．关键词：检漏；漏率；等效性；质谱分析中图分类号：TB774；TNl07文献标识码：A文章编号：1673-1379(2010)02-0190-04DoI：10．39698．issn．1673-1379．2010．02．013l引言载人航天器中环控生保系统是直接关系到航天员生命安全的重要部分，因此对其工作介质的漏率有严格的要求。该系统部分密封管路中的工作介质是乙二醇水溶液、全氟三乙胺等液体，其漏率指标

3、均是根据实际工作介质进行制定的。而目前航天系统检漏工作的示漏介质主要是He气。由于气体与液体的性质、流动状态不同，使得液体的漏率无法等同于示漏气体的漏率，因而可能存在检测合格的产品出现实际工质的泄漏。为了提高产品的可靠性以及检漏工作临界判读的准确度，研究液态工质与气态工质的漏率等效关系是十分必要的。2漏率等效性的理论分析2．1液体漏率的理论分析液体为粘性不可压缩流体，以液体在高为h，长为厶宽为b，且6》h的狭缝作用下做定常流动为研究对象。液体在微小缝隙中流动时，其流动状态为层流运动，因间隙高度小，故可近似看作一维流动，流体质点的运动惯性力和质量力均可忽略不计，认为其粘度不变，故从N．

4、S方程出发可以推出，液体在狭缝中的漏率公式为【l】Q=磊(毋一P2)，(1)式中：Q，为液体漏率，m3／s；玎为液体的粘滞系数，Pa·s；Pl、／'2分别为进、出El压力，Pa：b为漏孔宽度，m；L为漏孔长度，m；h为漏孔高度，m。由于气体的漏率单位是Pa·m3／s，与液体不同，因此要进行漏率等效性关系研究，需要对液体的漏率公式进行量纲变化，以便于进行漏率比对得到无量纲的等效关系值。根据质量不变原理，将液体每S泄漏的体积量转换成理想状态下的同质量的该物质气态的量。在真空测量中，真空室内的压力远远低于液体工质的饱和蒸气压时，液体迅速气化变成气态，故可以按照理想气体进行处理。理想气体状态

5、方程为【2lPV：丝RT，(2)耻液体每S泄漏的质量为M=局·Q，(3)将式(3)代入到式(2)可得到该液体气态下的漏率Qt,s=PV=器(H)·警，(4)式中：Qf’g为液体转化为气态下的漏率，Pa·m3／s；收稿日期：2009．09．04；修回日期：2009．09．08作者简介：孙伟(1984-)，男，硕士研究生，研究方向为航天器总装检漏技术．E-mail：sunwei84@163．coin．闫荣鑫(1964-)，男，研究员，中国真空学会质谱与检漏委员会主任委员．孙伟等：液态工质与示漏气体He的漏率等效关系研究19lPt为液体的密度，k∥m3；／z为相对分子质量，蚝；尺为摩尔气体

6、常数；r为理想气体温度，K。2．2液体的截止漏率分析处于自由表面的液体分子所受周围液体分子与气体分子的作用力不相同。气体分子的作用力远小于相应距离的液体对自由表面处液体分子的吸引力，因此这种合力是将表面的液体分子拉向液体内部，由于分子的内聚力而引起自由表面液体呈收缩趋势的力称为表面张力一11。一般情况下，表面张力的数值很小，对流动影响也很小；但是在漏孔这种微小尺寸下，液体的表面张力的影响就变得明显，会产生附加的法线压强△尸，而使漏孔的进出口压力平衡而使液体停止泄漏，这时漏孔的尺寸为临界尺寸h，在此尺寸下He气的漏率则可定义为该液体的截止He检漏率Q。图1为液体通过高度为h，宽度为b的

7、狭缝漏孔的泄漏的临界状态。⋯青一≥毒斗、，二坚≥／垒图l液体截止泄漏的二维狭缝模型Fig．1Planaraperturemodelofliquidleakage根据截止泄漏的临界条件，即两端压力平衡可得到毋=AP+罡，(5)表面张力所引起的附加压强由拉普拉斯公式可得AP=20"／，．，(6)式中：r为圆管道半径。根据式(5)、(6)可推出狭缝型通道的表面张力引起的压力平衡公式为4bhcrcos0／h=bh(8-8)，(7)公式(7)可简化为ljl：—40"