В статье изложена методика моделирования процесса достижения в замкнутом объёме пониженного давления (вакуума) с помощью имеющего постоянное значение объёмного расхода откачивающего воздух устройства. Таким устройством может быть водокольцевой вакуумный насос (ВКВН), а замкнутый объём, откуда необходимо откачать воздух, - конденсатор паровой турбины или воздушная конденсационная установка (ВКУ).
Уравнение состояния идеального газа задаёт зависимость между давлением, температурой и массой газа, занимающего заданный объём:
pV = mRT
где p - давление воздуха внутри ёмкости, Па; V - объём ёмкости м3; m - масса воздуха внутри ёмкости, кг, R - газовая постоянная воздуха, Дж/кг/К; T - температура воздуха внутри ёмкости, К.
Т.к. в процессе откачки воздуха из ёмкости значения V, R, T остаются неизменными, то давление в ёмкости будет меняться пропорционально изменению массы воздуха внутри ёмкости:
p = p0 * m / m0
где p0, m0 - давление и масса воздуха внутри ёмкости при условиях ISO для газовых турбин (температура 15 С, давление 101300 Па).
Для герметичной ёмкости объёмом V при откачки из неё воздуха в количестве q (м3/с) масса воздуха внутри ёмкости в момент времени t находится по формуле:
m = m0 * exp(-q * t / V)
Ниже приведены результаты моделирования процесса откачки воздуха из ёмкости (V = 3300 м3) устройством с неизменным объёмным расходом 7200 м3/ч при условии полной герметичности ёмкости и при наличии присоса воздуха в ёмкость.
Для принятых в статье параметрах системы при наличии присоса:
1. Предельное значение давления составляет 19,55 кПа;
2. Время достижения давления на 1% выше предельного значения составляет 147,3 мин;
3. Время достижения давления на 0,5% выше предельного значения составляет 164,3 мин;
Полностью методика и результаты расчётов приведены здесь.