硼氢化钠水解制氢系统噪声特性研究.pdf

电故术应用研究
Vo1.33No.92013.9
硼氢化钠水解制氢系统噪声特性研究
李大鹏
(海军工程大学,武汉430033)
摘要:硼氢化钠水解制氢过程涉及到复杂的两相流动现象。需对潜艇电化学发电机装置制氢系统噪声特
性进行研究,以保证澘艇隐蔽性。对硼氢化钠水解制氢器内乳状液中压力波的传输特性、气泡生长过程中
噪声、气泡融合和脱离时声能辐射恃性、声波传输速度等进行了研究和讨论,以此为基础,有针对性地从
运行数选择、制氢器设计等方面,研究降低噪声方法
关键词:潜艇电化学发电机硼氢化钠水解制氢两相流动噪声
中图分类号:1TQ151
文獻标识码:A
文章编号:1003-4862(2013)09-0052-05
Noise Characteristic Research for Sodium Boron Hydride Hydrolysis
Hydrogen Generation System
Naval University of Engineering, Wuhan 430033, Hubei, China
Abstract: Complex two-phase flow phenomenon is involved in process of sodium boron hydride hydrolysis
hydrogen generation. It is necessary to research the noise characteristic of submarine electric-chemica
generator plant hydrogen generation system to keep the stealth of submarine. Transmission characteristic of
pressure wave in dispersed liquid in hydrogen generator, noise in process of bubble growth, acoustic energ
radiation characteristic in process of confluent and separation of bubbles, and velocity of acoustic
transmission are researched and discussed. In foundation of the research, noise sources of hydrogen
generation system are found in aspects of operation parameter choice as well as design methods of reducing
the noise of hydrogen generation system
Keywords: submarine electric-chemical generator; sodium boron hydride; hydrolysis, hydrogen
generation; two-phase flow; noise
前言
分类为气体乳状液,其特征为含有气体、气泡尺
隐蔽性足潜艇最为重要的战术性能。电化学す分布离散上。气体成分包括水解过程中产生的
发电机AIP潜艇使用NaBH4水解制氢要涉及到复
H2、水蒸气、乙明烷(B2H6)等,但B2H6等气
杂的两相流动现象,在含有氢气蒸汽气泡的
体在IH2中含量不超过0.05%,可忽略对气泡水动
NaB溶液两相流动以及气泡生长、浮升、融合、
力学特性的影响。使用确定蒸汽·气泡相间换热的
脱离等过程中,会有噪声产生,有必要研究其噪
导热积分方程解析解,对于有限幅度扰动
p/p<1,可将压力扰动方程组写成(1)、(2)
声特性,为降低两相流动噪声提供理论依据
式。
1乳状液中的压力波传输
其中,a={夕。(P,)」-相间转换滞止音
制氢器反应区内的两相混合物从结构上可速:B=B(6)-气泡脉动与惯性效应有关的离
散系数:m=3タ,Pa(arT/向)(Ppm)-常数:v
收稿日期:2012-12-13
无相变混合物气泡有效粘度;a-液体导温系数
作者简介:李人鹏(1972-),男,博士后。研究方向
q-体积含气率;r-相变潜热。
热工。
万方数据
o1.33No.92013.9
船电技木应用研究
ap p k+1 Ap p
a
dt Gz k
Gz Gz
apap
Mp
Gp Mdp Ma
9=-WMw21
p
写成无因次形式,使用初始参数Δ。为幅值,
ap ar+0p/Cs=
为长度,为特征速度。ア=a1x/h;=z/
w 1/vr'-tap10rdr
p'=4p/4n。:=(k+1la4P/(2k2)。对于有限
波长扰动,使用评价准则:1)
对上式进行拉普拉斯变换,得到不同初始扰
=h(k+)△p。(2k2B2,定义与弥散效应相动下方程解。对于阶跃式初始扰动,有
比,非线性效应波动截面的待求变量:2)2-m(aFrー:a)-利用概率
F= mhp,ai2:ak+2,表征相间換积分函数和误差函数,将上式写成
热和非线性效应的相对强弱:3).1-2 F m: /t6o, \/F(r-a/aD)(a)
Re=(k+1)la4p2(2p。り),表征无相变介质中耗
散。对于冲击波类型扰动,使用
W.=Wo12=maJB。(4mR2Va。定义相变
和波的非线性扩张影响。当或邴较大时,状态
具有相变特征,且当→0时,波传播取决于非
线性和惯性效应。与参数W有关,气泡介质中可
能存在波束、单冲击波或振荡等多种结构?,4)
M=ua/aっ=(k+1)4。(2夕。),马赫数。H2管道上
自动阀门突然关闭引起压力扰动按水力冲击处理
,有pn=apw= VKRT Pw,其中a=√kRT-H2
图1乳状液中的波的演化
中音速:p-H2密度:%-到达阀门处的H12速度。
根据上面公式计算得到蒸汽-气体乳状液中
假设压力扰动冲击到达制氢器中蒸汽-气体波的演变过程见图1。由图可见,波运动前沿被
乳状液边缘表面时没有发生变化。在气泡介质中,拉长。尽管0.7m距离处波幅值减小,但所有幅
值在经10ms后都超过了初始幅值的80%。在“热
混合波结构由准则数确定。形≥1的区域称为
状态”区域,蒸汽-气体乳状液中都不存在有冲击
“热状态”区域,该区域内有限波长压力波混合时
波和带有陡峭前沿的有限宽度区域,但幅值足够
相间换热占主要影响。Ⅳ<0.1的区域称为“惯性
大,能够引起管道中流动振荡。另外,H2管道上
状态”区域,该区域内有限波长压力波演变特征主阀门开启或关闭引起扰动也会造成两相流动波
要取决于准则数σ。其他准则数还包括仅由初始动
扰动形式定义的准则数O.。当o,>o,气泡中为
波東;当a.<,气泡中为长波。冲击波可能是2气泡生长过程中的噪声
二重薄壁结构,呈单调(M<0.3)或振荡(M>0.3)
弹性介质中机械应力或局部压力发生改变
变化
的任何过程都可能产生声波。制氢器反应区中蒸
h4R./〈へv,n/P日为计算参