ОСНОВЫ ВАКУУМНОЙ ТЕХНИКИ

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

 

И.В.БЕЛОКРЫЛОВ

 

 

ОСНОВЫ ВАКУУМНОЙ ТЕХНИКИ

Конспект лекций   ОМСК – 2007

Физика вакуума

1.1.Основные термины и определения   Вакуумом называют состояние газа или пара при давлении ниже атмосферного. Количественной характеристикой вакуума…

Давление в вакууме

1. Газ состоит из отдельных, движущихся молекул. 2. Существует постоянное распределение молекул газа по скоростям, т. е. одной… 3. При движении молекул газа нет преимущественных направлений, пространство газовых молекул изотропно.

Газовые законы

Если в объеме находится смесь из К газов, то давление смеси:   (1.8)

Частота соударений молекул с поверхностью

 

Число молекул, соударяющихся об единицу поверхности в единицу времени:

 

(1.13)

 

С учетом функции распределения молекул по скоростям получаем

 

, (1.14)

 

где V_ар – средняя арифметическая скорость.

Объем газа, ударяющегося об единицу поверхности в единицу времени можно выразить через частоту соударений и молекулярную концентрацию

 

(1.15)

 

Данное выражение не зависит от давления и определяет максимальную быстроту действия идеального вакуумного насоса, откачивающего все молекулы газа, которые попадают в него через входное отверстие.

 

Распределение молекул газа по скоростям

  , (1.16)  

Средняя длина свободного пути

, интегрируя, получаем .   (1.22)

Энергия взаимодействия

По мере снижения рабочего давления роль поверхностных явлений при получении и измерении вакуума непрерывно возрастает, особенно в области… Процесс поглощения газов поверхностью твердых тел называется адсорбцией и… Адсорбция – поглощение газов в объеме твердого тела. При этом происходит растворение газов в твердом теле. Вещество,…

Время адсорбции

Время адсорбции определяется теплотой адсорбации и определяется:   , (2.3)

Конденсация и испарение

Вещества в зависимости от температуры и давления могут находится в различных агрегатных состояниях. В вакуумной технике могут происходить процессы…   , (2.6)

Адсорбция газов и паров

Адсорбционные процессы изучают по кривым адсорбции, устанавливающим зависимость между тремя основными величинами: количеством поглощаемого газа (Q);… Различают три основных типа кривых: изотерма α = F(P), при Т = const,… Чаще всего используются изотермы.

Степени покрытия поверхности

Степень покрытия поверхности молекулами адсорбированных газов влияет на характер протекания поверхностных явлений: эмиссию электронов из твердого… Устанавливают три степени покрытия поверхности: высокую (θ»1), среднюю… В тех случаях, когда время установления адсорбционного равновесия мало, θ не будут достигать равновесных…

Растворимость газов в твердых телах

  , (2.20)  

Физические процессы в вакууме

Вязкость газов

При перемещении твердого тела со скоростью vn за счет передачи количества движения молекулам газа возникает сила внутреннего трения. Сила трения по всей поверхности переноса, согласно второму закону Ньютона,…  

Скольжение разреженных газов

Экспериментальные исследования течения газа при малых давлениях в магистрали показали, что действительный расход газа больше теоретического,… При течении со скольжением обычно считают, что градиенты макроскопической…

Температурный скачок

На расстоянии от поверхности, большем L, градиент температуры в направлении оси x, перпендикулярной к поверхности, остается постоянным и изменяется… Рис. 3.2. Температурный скачок на границе поверхность – газ.

Процессы изменения состояния газов вакуумных систем

 

Во время работы вакуумной системы газ в откаченном объеме расширяется, в результате чего меняется его температура. Непостоянство температуры газа сказывается на точности расчета, что необходимо учитывать, особенно при наличии в системе конденсирующихся паров. В месте с тем, при малых давлениях (меньше 10 Па) процесс расширения газа можно считать изотермическим, так как расширение происходит медленно, и газ успевает воспринимать тепло, от окружающих стенок, сохраняя свою температуру практически постоянной – примерно равной температуре стенок. При изотермических процессах справедлив закон Бойля – Мариотта. При достаточно высоких давлениях в вакуумной системе расширение газа обычно происходит столь быстро, что температура окружающих стенок не успевает сказаться на температуре газа, в таком случае процесс рассчитывается по уравнению адиабаты. Возможны промежуточные политропные процессы.

 

Стационарный режим работы вакуумных систем

  Для стационарного режима характерно постоянство во времени потоков и давлений… Для расчета распределения давления по длине вакуумной системы запишем дифференциальное уравнение баланса сил в…

Соединение арматуры и откачиваемых объектов

В узле сумма газовых потоков, проходящих через все К соединенные каналы, равна нулю, т. е. .(4.15)  

Соединения насосов

  , (4.28)  

Расчет газовых нагрузок

Стационарный газовый поток, откачиваемый насосом, во время работы вакуумной установки имеет несколько составляющих:   ,

Расчет длительности откачки

В большинстве случаев давление и поток газа зависит от времени, для упрощения задачи процесс считают квазистационарным, при этом: 1. Разность давлений на концах трубопроводов считают малой по сравнению со… 2. Объем трубопроводов принимается значительно меньше объема откачиваемого сосуда.