Расчет длительности откачки

Известные закономерности для расчета проводимости трубопроводов вакуумной системы позволяют рассчитывать стационарные режимы течения газа.

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 среднем давлением.

2. Объем трубопроводов принимается значительно меньше объема откачиваемого сосуда.

3. В трубопроводах в каждый момент времени существует только один режим течения газа.

Данные условия можно выразить математически через постоянные времени и записать как отношения соответствующего объема к скоростям удаления газа из него.

Для откачиваемого объема постоянная времени:

 

(4.53)

Для трубопровода

, (4.54)

 

где L – длинна трубопровода, U – проводимость, А – площадь поперечного сечения трубопровода.

Таким образом, для существования квазистационарного режима течения должно выполнятся условие:

. (4.55)

 

Реальные вакуумные системы обычно удовлетворяют данному условию, исключение составляет начальный период откачки, продолжительность которого не велика.

Изменение массы в сосуде за время dt составит .

Тогда уравнение материального баланса будет иметь вид:

 

,

 

где Q – суммарный поток газа, поступающий в объем.

После разделения переменных получаем

 

(4.56)

 

После интегрирования получаем

(4.57)

При малой быстроте откачки температура газа в откачиваемом объеме практически не меняется – n≈1.

Тогда (4.57) существенно упрощается

 

(4.58)

 

При длительной откачке, когда время стремится к бесконечности, получаем уравнение для определения наименьшего или предельного остаточного давления, которое может быть достигнуто в системе.

(4.59)

 

Самое низкое давление при n≈1.

При изотермическом процессе:

(4.60)

 

Уравнение (4.58) позволяет рассчитать длительность откачки при постоянных U, S₀, Q, что обычно наблюдается при турбулентном и вязкостном режимах течения, когда Q можно не учитывать, а S₀ практически определяется быстротой действия насоса S_Н.

В тех случаях, когда Q или S₀ меняются в процессе откачки, весь период откачки разбивают на участки по давлению, внутри каждого из которых Q можно считать постоянным. Тогда суммарное время определяется уравнением , где τ_i рассчитывается по (4.57) или (4.58).

 

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………………3

 

1. ФИЗИКА ВАКУУМА

 

1.1. Основные термины и определения……………………………………………..4

1.2. Давление в вакууме……………………………………………………………..6

1.3. Газовые законы………………………………………………………………….8

1.4. Частота соударений молекул с поверхностью…………………………………9

1.5. Распределение молекул газа по скоростям…………………………………….9

1.6. Сре6дняя длина свободного пути……………………………………………..11

 

2. СОРБЦИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ВАКУУМЕ

 

2.1. Энергия взаимодействия…………………………………………………….. 13

2.2 Время адсорбции………………………...………………………….…………16

2.3. Конденсация и испарение…………………………………………………….17

2.4. Адсорбция газов и паров……………………………………………………...19

2.5. Степени покрытия поверхности………………………………………………21

2.6. Растворимость газов в твердых телах………………………………………...22

 

3. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ВАКУУМЕ

 

3.1. Вязкость газов…………………………………………………………………23

3.2. Перенос теплоты…………….………………………………………………...25

3.3. Скольжение разреженных газов……………………………………………...28

3.4. Температурный скачок ..……………………………………………………...29

3.5. Процессы изменения состояния………………………………………………31

 

4. СТАЦИОНАРНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ

 

4.1 Распределение давления в вакуумных системах………………………..…… 31

4.2. Соединение арматуры и откачиваемых объектов…………………………….34

4.3. Соединение насосов……………………………………………………………39

4.4. Расчет газовых нагрузок……………………………………………………….43

4.5. Расчет длительности откачки………………………………………………….44

 

Библиографический список…………………………………………………….48

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

 

1. Розанов, Л.Н. Вакуумная техника: учеб. для вузов / Л.H. Розанов – М.: Высш. шк. 1982. – 480 с.

2. Механические вакуумные насосы / Е.С. Фролов, И.В. Автономова, В.И. Васильев, Н.К. Никулин, П.И. Пластинин. М.: Машиностроение, 1989. 288 с.

3. Вакуумная техника: справочник / Е.С Фролов, В.Е Минайчев, А.Т. Александрова и др.; под общ. ред. Е.С Фролова, В.Е. Минайчева. – М.: Машиностроение, 1992. – 480 с.

4. Молекулярные потоки в сложных вакуумных структурах / Саксаганский Г.Л. – М.: Атомиздат, 1980. – 216 с.

5. Установки, машины и аппараты криогенной техники / И.П. Усюкин, Е.С. Фролов и др. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. 296 с.

6. Вакуумметрическая аппаратура техники высокого вакуума и течеискания / Кузьмин В.В., Левина Л.Е., Творогов И.В. – М.: Энергоатомиздат, 1984.