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公司動(dòng)態(tài)

肯富來分析真空狀態(tài)下氣體流動(dòng)情況

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點(diǎn)擊次數(shù):  更新時(shí)間:2015-01-23 09:44:44  【打印此頁】  【關(guān)閉
今天就由大家和肯富來一齊來分析真空狀態(tài)下氣體流動(dòng)情況:
  真空技術(shù)中,氣體沿管道的流動(dòng)狀態(tài)可劃分為如下幾種基本形式:從大氣壓力下開始抽真空的初期,管道中氣體壓力和流速較高,氣體的慣性力在流動(dòng)中起主要作用,流動(dòng)呈不穩(wěn)定狀態(tài),流線無規(guī)則,并不時(shí)有旋渦出現(xiàn),這種流動(dòng)狀態(tài)稱為湍流(渦流,紊流);隨著流速和氣壓的降低,在低真空區(qū)域內(nèi),氣流由湍流變成規(guī)則的層流流動(dòng),各部分具有不同速度的流動(dòng)層,流線平行于管軸,氣體的粘滯力在流動(dòng)中起主導(dǎo)作用,此時(shí)氣體分子的平均自由程λ仍遠(yuǎn)小于導(dǎo)管最小截面尺寸d,這種流態(tài)叫做粘滯流;當(dāng)氣體流動(dòng)進(jìn)入高真空范圍,分子平均自由程λ遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于導(dǎo)管最小尺寸d時(shí),氣體分子與管壁之間的碰撞占居主要地位,分子靠熱運(yùn)動(dòng)自由地直線前進(jìn),只發(fā)生與管壁的碰撞和熱反射而飛過管道,氣體流動(dòng)由各個(gè)分子的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)疊加而成,這種流動(dòng)稱作分子流;發(fā)生在中真空區(qū)域內(nèi),介于粘滯流與分子流之間的流動(dòng)狀態(tài)叫做中間流或過渡流。
  在不同的流動(dòng)狀態(tài)下,管道中的氣體流量和導(dǎo)氣能力計(jì)算方法不同,因此在氣體流動(dòng)計(jì)算時(shí),首先要進(jìn)行流態(tài)判別。由于在真空抽氣過程中湍流的出現(xiàn)時(shí)間較短,常常不加以單獨(dú)考慮,而是將其歸入粘滯流態(tài)。其它流動(dòng)狀態(tài)的判別可用克努曾數(shù)λ/d或管道中平均壓力p與幾何尺寸d的乘積pd作為判據(jù):
  粘滯-分子流
  實(shí)驗(yàn)說明,氣體流過一段真空管道的流量Qg與管道兩端的壓力差P1-P2成正比,即有
  Qg=C·(P1-P2)
  式中的比例系數(shù)C具有體積流率的量綱(m3/s),它所反映的是管道允許流過氣體能力的大小,定義為該段管道的流導(dǎo)。其值為單位壓差下的流經(jīng)管道的氣流量大小。
  流導(dǎo)是各種真空系統(tǒng)元件(管道、閥門、冷阱、孔口等)的主要技術(shù)指標(biāo)之一,直接反映該元件對氣體流動(dòng)的阻礙程度,是真空系統(tǒng)計(jì)算中需要首先計(jì)算的參數(shù)。元件的流導(dǎo)與所流過氣體的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān),氣體流動(dòng)為粘滯流時(shí),流導(dǎo)值與元件的幾何結(jié)構(gòu)尺寸及流過氣體的平均壓力有關(guān);為分子流時(shí),流導(dǎo)僅與幾何結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)。
  從上面的判別式可以看出,對于液環(huán)真空泵組成的系統(tǒng),是處于粘滯流狀態(tài)的。粘滯流下,管道的流導(dǎo)計(jì)算公式為:
  式中,D-管道內(nèi)徑,m;
  L-管道長度,m;
  -氣體的內(nèi)摩擦系數(shù),Pa.S;
  -管內(nèi)氣體的平均壓力,Pa。
  對于20oC的空氣,
  =1.820x10-5Pa.S,帶入上式可得:
  對于其他氣體的內(nèi)摩擦系數(shù)可以從有關(guān)書籍上查得。
  根據(jù)組成真空系統(tǒng)的需要,有時(shí)將幾個(gè)真空元件(如管道)的入口和出口分別聯(lián)接在一起,稱為元件的并聯(lián),并聯(lián)后元件的總流導(dǎo)等于各分支流導(dǎo)之和。
  C=C1+ C2+……+ Cn
  有時(shí)將幾個(gè)元件首尾順序聯(lián)接,稱為元件的串聯(lián),串聯(lián)后元件的總流導(dǎo)的倒數(shù)等于各元件流導(dǎo)的倒數(shù)之和。
  把一個(gè)被抽容器的出口和一臺真空泵的入口,用總流導(dǎo)為C的真空管路聯(lián)接起來,若真空泵在其入口處的抽速為S,則該真空系統(tǒng)在被抽容器出口處所能產(chǎn)生的有效抽速Se為:
  此式習(xí)慣上稱為真空技術(shù)基本方程。從中可以看出,在被抽容器出口產(chǎn)生的有效抽速Se,比泵口抽速S和管路流導(dǎo)C都要小;若要獲得較大的Se,應(yīng)該合理地搭配S和C,單獨(dú)增大其中的一個(gè),不能獲得理想的結(jié)果。抽速示意圖。
  我們看一個(gè)例子。
  對20oC的空氣抽真空時(shí),2BV2 061-0HC0真空泵入口管道直徑為25mm,如果在工作液溫度為15oC,泵的轉(zhuǎn)速為1450rpm,在泵入口壓力為50mbar下的抽速為20.7m3/h。如果在泵與容器間的連有20m長的管道。該泵在容器出氣口所能夠達(dá)到的抽速為19.1m3/h。
  管道上的閥門,彎頭等對氣流的阻礙作用比直管道更大;在真空系統(tǒng)中,一般要求管道短粗,要避免管道又細(xì)又長,因?yàn)榧?xì)長管道流導(dǎo)小,對氣流的阻礙大,也使得真空泵的抽速下降大。
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