ОСНОВЫ ВАКУУМНОЙ ТЕХНИКИ
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Омский государственный технический университет»
И.В.БЕЛОКРЫЛОВ
Конспект лекций
ОМСК – 2007
1.1.Основные термины и определения
Вакуумом называют состояние газа или пара при давлении ниже атмосферного. Количественной характеристикой вакуума…
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.
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 Vар – 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.
, (1.16)
, интегрируя, получаем .
(1.22)
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 определяется теплотой адсорбации и определяется:
, (2.3)
Вещества в зависимости от температуры и давления могут находится в различных агрегатных состояниях. В вакуумной технике могут происходить процессы…
, (2.6)
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.
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…
, (2.20)
Физические процессы в вакууме
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,…
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…
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.
Для стационарного режима характерно постоянство во времени потоков и давлений… Для расчета распределения давления по длине вакуумной системы запишем дифференциальное уравнение баланса сил в…
В узле сумма газовых потоков, проходящих через все К соединенные каналы, равна нулю, т. е.
.(4.15)
, (4.28)
Стационарный газовый поток, откачиваемый насосом, во время работы вакуумной установки имеет несколько составляющих:
,
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.