类型与理论泄漏率公式详解

流体泄漏可能以三种不同的流态出现：湍流、层流和分子流。不同的流动类型其特性是不相同的。不同流动类型的特性见表4⁃1。

根据一些资料介绍，通过阀门密封处的泄漏基本上属于层流类型。实际上，泄漏是通过密封接合面的许多微小泄漏通道发生的，各个泄漏通道中发生的泄漏流动类型很可能是不完全相同的。但总的来讲，可以按层流类型来估计阀门密封接合面的泄漏率。

表4⁃1 不同流动类型的特性

注：q_lg为气体泄漏率（Pa·m³／s）；q_l为液体泄漏率（m³／s）；p₁为上游压力（Pa）；p₂为下游压力（Pa）；M为气体摩尔质量（kg／kmol）；η为流体动力黏度（Pa·s）；ρ为流体密度（kg／m³）；Re为雷诺数；Re_cr为临界雷诺数。

最普通的层流公式适用于恒温气体通过圆截面的直长管的流动：

式中：q_lg为气体泄漏率（Pa·m³／s）；d_l为泄漏通道直径（m）；l为泄漏通道长度（m）；η_g为气体动力黏度（Pa·s）；p₁为上游压力（Pa）；p₂为下游压力（Pa）；p_av＝（p₁＋p₂）／2为泄漏通道两边的压力平均值（Pa）。

相应的液体泄漏率公式为

式中：q_l为液体泄漏率（m³／s）；η_l为液体动力黏度（Pa·s）。

从式（4⁃1）和式（4⁃2）可见，气体或液体泄漏率公式都有近似的几何形状系数K_geo为

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用K_geo代入式（4⁃1）和式（4⁃2）得

　　应当指出，尽管上述公式的推导是近似的，因为在实际情况下，泄漏通道并不是单一等圆截面的，但式（4⁃1）和式（4⁃2）仍可用来预示气体和液体泄漏率的相互关系。在实际应用中，如果阀门不动作，则几何形状系数K_geo的值是不变的。根据测得的气体泄漏率q_lg，从式（4⁃4）中求得K_geo值，即可从式（4⁃5）中得到预测的液体泄漏率q_l。所以，即使不知道实际的泄漏通道几何参数d、l的确切数值，也可预测液体的泄漏率。这里要指出的是，上述泄漏率的相关计算方法仅适用于层流泄漏情况下。假如被测的气体泄漏是分子流，则在相关计算中产生的误差将使预测的液体泄漏率大于实际值，相当于引入了一个安全裕度。

实际的液体泄漏率小于理论预测计算值，其原因如下：

1）测得的气体泄漏率的气体流动不是完全的层流，而存在一部分分子流状态，这在计算式中未进行修正。

2）物理的吸附作用使泄漏通道的截面尺寸明显地减小，K_geo值下降，从而减少了液体的泄漏率。

假如在泄漏通道两边的压差相同的情况下测量气体和液体的泄漏率，则

由于η_l比η_g大得多，故在相同压差下能够满足气体泄漏率要求的密封接合面，很不容易泄漏液体。