рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Вязкость газов

Вязкость газов - раздел Изобретательство, Основы вакуумной техники   При Перемещении Твердого Тела Со Скоростью VN ...

 

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, определяется общим изменением количества движения в единицу времени:

 

, (3.1)

 

где А – площадь поверхности переноса; η – коэффициент динамической вязкости.

 

. (3.2)

 

С учетом законов распределения молекул по скоростям и длине свободного пути

(3.3)

 

Подставляя коэффициенты η и L, зависящие от давления, получаем

 

, (3.4)

 

т. е. динамическая вязкость не зависит от давления при низком вакууме.

Температурную зависимость коэффициента вязкости можно определить по формуле

(3.5)

 

Т. е. η зависит от ТХ, где х=1/2 – при высоких температурах (T>>C) и х=3/2 – при низких температурах (T<<C).

В области высокого вакуума силу трения можно рассчитать по уравнению

 

(3.6)

 

Т. е. сила трения в области высокого вакуума пропорциональна молекулярной концентрации или давлению. Данное уравнение можно преобразовать к виду

(3.7)

 

В области среднего вакуума можно записать аппроксимирующее выражение

 

. (3.8)

 

Здесь d – расстояние между поверхностями переноса.

Вязкость газов используются для измерения давления в области среднего и высокого вакуума. Однако вязкостные вакуумметры не получили широкого распространения из-за длительности регистрации давления. Гораздо шире вязкость газов используется в технике получения вакуума. На этом принципе работают струйные, эжекторные насосы для получения низкого вакуума.

 

3.2.Перенос теплоты в вакууме

Теплопередача в разреженных газах может происходить за счет конвекции, теплопроводности и излучения.

При низком вакууме конвективный теплообмен играет важную роль. Перенос теплоты конвекцией от поверхности нити, нагретой до температуры Тм, к стенкам вакуумной камеры, имеющим температуру Т, описывается уравнением

 

, (3.9)

 

где α — коэффициент теплообмена; А — площадь поверхности нити. При свободной конвекции из-за силового воздействия гравитационного поля на газ, имеющий различную плотность вследствие температурных градиентов, коэффициент теплообмена

(3.10)

 

где: а — экспериментальный коэффициент, зависящий от материала и формы поверхности.

Коэффициент теплообмена в условиях вынужденной конвекции при поперечном обтекании нити для воздуха

, (3.11)

 

где λ — коэффициент теплопроводности газа; d — характерный размер (диаметр нити); — критерий Нуссельта;Re — критерий Рейнольдса; k1 и k2 — константы, зависящие от числа Re: k1=0,45; k2=0,5 при Re<103 и k1=0,245; k2=0,6 при Re>103.

Теплопроводность газа в качестве явления переноса при низком вакууме можно рассматривать аналогично вязкости газа. Вместо количества движения в этом случае переносится энергия молекул газа. Количество теплоты, отнесенное к одной молекуле газа

, (3.12)

 

где: cv — теплоемкость газа при постоянном объеме; m — масса молекулы газа; Т — абсолютная температура.

Если концентрация газа п постоянна, то аналогично можно записать выражение для теплового потока:

, (3.13)

где λН — коэффициент теплопроводности газа при низком вакууме:

(3.14)

 

Таким образом, коэффициент теплопроводности газа равен произведению коэффициента динамической вязкости на удельную теплоемкость газа при постоянном объеме. Для расчета cv можно использовать выражение

 

, (3.15)

 

где:— отношение теплоемкости газа при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме (для одноатомных газов γ= 1,66; для двухатомных γ =1,4; для трехатомных γ =1,3); k — постоянная Больцмана; m — масса молекулы газа.

Молекулярно - кинетическая теория, используя функции распределения скоростей и длин свободного пути молекул газа, дает для коэффициента теплопроводности более точное выражение

(3.16)

 

отличающееся не более чем на 20 % от значения, получаемого выражением (3.15).

Характер зависимости коэффициента теплопроводности и коэффициента динамической вязкости газа при низком вакууме от температуры и давления идентичен.

Теплопередачу излучением в низком вакууме можно определить по закону Стефана - Больцмана:

, (3.17)

 

где Еи — плотность теплового потока, Вт/м2; Т1 Т2— температуры на внешней и внутренней поверхности переноса; Ег — геометрический фактор (для параллельных плоскостей и концентричных цилиндрических оболочек Ег=1); Ее — приведенная степень черноты:

, (3.18)

 

где А1 и А2— площади внешней и внутренней поверхностей переноса; е1 и е2— коэффициенты излучения внешней и внутренней поверхностей.

Для гладких поверхностей в случае нержавеющей стали е = 0,1 при Т=300 К и 0,06 при Т=77 К, а для меди, соответственно, е=0,03 и 0,019.

При установке экранов приведенная степень черноты уменьшается пропорционально количеству установленных экранов N. Если A1=A2; e1=e2=e, то приведенная степень черноты

. (3.19)

 

В высоком вакууме конвективным теплообменом для технических расчетов обычно пренебрегают, считая его малым по сравнению с другими способами теплопередачи. Теплопроводность газа в высоком вакууме между двумя поверхностями с температурой Т2 и Т1, можно записать в виде

 

(3.20)

Преобразовав, получим

, (3.21)

 

где λВ' — коэффициент теплопроводности газа при высоком вакууме:

, (3.22)

т. е. коэффициент теплопроводности при высоком вакууме пропорционален давлению.

Более точное выражение, полученное в молекулярно-кинетической теории

 

(3.23)

отличается от (3.22) для двухатомных газов на 20 %.

Если при соударении молекулы газа с поверхностью не происходит полного обмена энергии, т. е. коэффициент аккомодации поверхностей переноса меньше единицы, то уменьшение теплового потока учитывается множителем α/(2—α), где α — коэффициент аккомодации для обеих поверхностей переноса.

Таким образом, окончательное выражение для коэффициента теплопроводности газа в высоком вакууме можно записать в виде

 

(3.24)

Теплопередачу излучением в высоком вакууме можно рассчитать.

В области среднего вакуума конвективный теплообмен рассчитывают по формулам (3.17)…(3.19), коэффициент теплопроводности газа может быть приближенно определен по выражению

, (3.25)

где

; .

 

Здесь а1, а2 — коэффициенты аккомодации поверхностей переноса; L — длина свободного пути при средней температуре.

Для приближенных расчетов можно принять, что Значения а для различных газов и материалов подложки приведены в таблицах. Учитывая, что L=L1/p, преобразуем и получим

, (3.26)

 

где ; .

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Основы вакуумной техники

Государственное образовательное учреждение.. высшего профессионального образования.. омский государственный технический университет..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Вязкость газов

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Основы вакуумной техники
  Конспект лекций   ОМСК – 2007 УДК 533.5(075) ББК 31.77я73 Б43   Рецензенты:   А.С. Не

Физика вакуума
  1.1.Основные термины и определения   Вакуумом называют состояние газа или пара при давлении ниже атмосферного. Количественно

Давление в вакууме
Основой физики вакуума являются следующие постулаты: 1. Газ состоит из отдельных, движущихся молекул. 2. Существует постоянное распределение молекул газа по скоростям, т. е. одной

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

Распределение молекул газа по скоростям
При соударении друг с другом или со стенками вакуумной камеры молекулы изменяют свои скорости, как по величине, так и по направлению. Используя гипотезы о стационарном распределении по скоростям и

Средняя длина свободного пути
Направленный молекулярный поток, содержащий в начальный момент N0 молекул газа с хаотично движущимися молекулами с частотой К за время dt, уменьшается на величину:

Энергия взаимодействия
  По мере снижения рабочего давления роль поверхностных явлений при получении и измерении вакуума непрерывно возрастает, особенно в области сверхвысокого вакуума. Процесс поглощения г

Время адсорбции
Минимальным временем адсорбции можно считать период колебания молекулы в потенциальной яме, это время можно считать примерно одинаковым для всех молекул газа

Конденсация и испарение
  Вещества в зависимости от температуры и давления могут находится в различных агрегатных состояниях. В вакуумной технике могут происходить процессы конденсации, испарения, сублимации

Адсорбция газов и паров
  Адсорбционные процессы изучают по кривым адсорбции, устанавливающим зависимость между тремя основными величинами: количеством поглощаемого газа (Q); равновесным давлением (Р); темпе

Степени покрытия поверхности
  Степень покрытия поверхности молекулами адсорбированных газов влияет на характер протекания поверхностных явлений: эмиссию электронов из твердого тела, поверхностный электрический р

Растворимость газов в твердых телах
Концентрация газов, растворенных в твердом теле, зависит от его температуры, давления и типа кристаллической решетки. В металлах, для которых характерна гомополярная металлическая связь между элект

Скольжение разреженных газов
  Экспериментальные исследования течения газа при малых давлениях в магистрали показали, что действительный расход газа больше теоретического, найденного на основании гидродинамически

Температурный скачок
Явление, аналогичное скольжению, наблюдается и при исследовании теплопроводности разреженных газов, если средняя длина свободного пути L значительно меньше расстояния между поверхностями тел с разн

Стационарный режим работы вакуумных систем
4.1. Распределения давления в вакуумных системах.   Для стационарного режима характерно постоянство во времени потоков и давлений во всех сечениях вакуумной

Соединение арматуры и откачиваемых объектов
Арматура (коммутационные элементы, ловушки, трубопроводы) и откачиваемые объекты, соединяясь друг с другом, образуют сложные вакуумные системы. Место соединения двух элементов и более называют узло

Соединения насосов
В вакуумных системах с большими газовыми потоками используют параллельное соединение насосов (рис. 4.5, а). Запишем уравнение (4.15) для узла А, к которому подключены через элементы с

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

Расчет длительности откачки
Известные закономерности для расчета проводимости трубопроводов вакуумной системы позволяют рассчитывать стационарные режимы течения газа. В большинстве случаев давление и поток газа завис

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги