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水景喷泉循环运作的原理分析

编辑:山东馨赫园林景观工程有限公司时间:2021-03-03

  据相关资料,水景喷泉根据流体动力学、传热学原理,长垂直低温推进剂管路中产生喷泉的机理,其运作循环的过程如下:

  经加注预冷后,低温推进剂在充填垂直管路时处于过冷状态,并随着贮箱加注而经受流体的静态液柱增压。此时,环境的热通过对流传给管路中的推进剂,使其温度逐渐升高。当温度达到管路中局部静压的饱和温度时,管路中低温推进剂是开始核沸腾还是随着热量进一步传入形成过热,取决于管路内表面状态、低温推进剂的纯度等因素。推进剂形成过热,即使几度(3~4°C)也会导致沸腾。

  水景喷泉运作中,沸腾会生成气泡,气泡生成后会产生双重效应∶一是形成沸腾核心使沸腾加剧,从而减缓由于缺乏沸腾环境而储存在液体中的过热;二是将其上面的液体从管路排进上方贮箱,同时使得下面的推进剂静压下降,进而导致推进剂过热度增加,使其释放出越多的蒸汽。如此循环往复,使得压力持续下降,过热度持续增加。

  当蒸汽气泡增加到某一程度,即气泡横截面积(Av)与导管流动面积(Ar)之比达到0.55~0.6时,就会聚合成一个缓慢移动的气块或单个较大的气泡。同时,其他以较快速度在下面移动的气泡将不断地加入大的气泡,使它以很快的速度增加,进而造成液柱静压速度下降。而当静压下降引起饱和温度减低的速率大于速度蒸发引起液体温度下降的速率时,管路中就会聚积越来越多的蒸汽。末后,在蒸汽的挤压下,推进剂像泉水一样从管路中喷涌而出。

  在水景喷泉的这一过程中,管路中的剩余推进剂随着蒸发过程冷却下来,终究减低到饱和温度以下,蒸发停止。而当推进剂开始再充填管路时,由于密度增加使饱和温度提高,同时,蒸汽则因有较冷的液体通过管路而进一步冷却,直至凝结,从而使液体落下时有较小的缓冲,结果是当下落液体的动量被液柱底部吸收时,形成了一个很大的压力脉冲。