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肯富來分析真空狀態(tài)下氣體流動情況
今天就由大家和肯富來一齊來分析真空狀態(tài)下氣體流動情況：
真空技術(shù)中，氣體沿管道的流動狀態(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中起主要作用，流動呈不穩(wěn)定狀態(tài)，流線無規(guī)則，并不時有旋渦出現(xiàn)，這種流動狀態(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，各部分具有不同速度的流動層，流線平行于管軸，氣體的粘滯力在流動中起主導(dǎo)作用，此時氣體分子的平均自由程λ仍遠小于導(dǎo)管最小截面尺寸d，這種流態(tài)叫做粘滯流;當氣體流動進入高真空范圍，分子平均自由程λ遠遠大于導(dǎo)管最小尺寸d時，氣體分子與管壁之間的碰撞占居主要地位，分子靠熱運動自由地直線前進，只發(fā)生與管壁的碰撞和熱反射而飛過管道，氣體流動由各個分子的獨立運動疊加而成，這種流動稱作分子流;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狀態(tài)叫做中間流或過渡流。
在不同的流動狀態(tài)下，管道中的氣體流量和導(dǎo)氣能力計算方法不同，因此在氣體流動計算時，首先要進行流態(tài)判別。由于在真空抽氣過程中湍流的出現(xiàn)時間較短，常常不加以單獨考慮，而是將其歸入粘滯流態(tài)。其它流動狀態(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
實驗說明，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)指標之一，直接反映該元件對氣體流動的阻礙程度，是真空系統(tǒng)計算中需要首先計算的參數(shù)。元件的流導(dǎo)與所流過氣體的流動狀態(tài)有關(guān)，氣體流動為粘滯流時，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，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，有時將幾個真空元件(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
有時將幾個元件首尾順序聯(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，單獨增大其中的一個，不能獲得理想的結(jié)果。抽速示意圖。
我們看一個例子。
對20oC的空氣抽真空時，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，要避免管道又細又長，因為細長管道流導(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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