2稀薄气体流动状态的判别

κT λ= 2πσ 2 P
式中
D—管道的内径，m P－管道中气体的平均压强，Pa
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讨论
谢 谢 大 家！
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粘滞流（Viscous flow）：当压强和流速逐渐降低，流线就 有规律，随管道形状变化而变化，流动变成各部分具有不同 速度的流动层。内摩擦力对流动起支配作用。 分子流（Molecular flow）：气体压强进一步降低，当气体分 子的平均自由程与管道直径相当时，开始出现新的流动状态 ，气体分子间的碰撞很少，甚至可以忽略，而气体分子依靠 本身的热运动与管壁频繁碰撞，在管道内分子密度梯度的推 动下，由高压端流向低压端。这种气流是一个个分子单独运 动的综合效果。“漫反射”现象是促成分子流特殊运动规律 的重要物理基础。 粘滞—分子流（Transition flow）：是粘滞流和分子流之间 的一种中间流动状态，压强介于粘滞流和分子流之间，不同 速度层间有更多的分子交换，管壁处有滑动现象。其研究的 难点在于它跨越流体力学和统计力学两大学科。粘滞流为流 体力学范畴，分子流属气体分子动力学范畴，研究方法不同
Q—通过管道的气体流量，Pam3/s D—管道的内径，m
8Hale Waihona Puke Baidu
粘滞流与分子流的转变及判别
分子流流态的研究必须着眼于一个个气体分 子及其行为，大量研究表明，分子平均自由 程是个重要参数。目前国内外多数学者推荐 的判据为：
λ D ≥1 1 λ ≤ D 100 1 λ 100 ≤ D ≤1
u=
Q/P 4Q = πD 2 / 4 πD 2 P
M µPV µP ρ= = /V = V RT RT
Re =
4µ Q πRTη D
Q：气体流量；R：气体普适常数；T：热力学温度 D：管道直径；µ：摩尔质量；η：内摩擦系数
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对于室温20℃空气，湍流、湍—粘滞流、粘滞 流之间的判别式是 Q>2660D Q<1450D 1450D<Q<2660D 式中 为湍流 为粘滞流 为湍—粘滞流
《真空系统设计》之二 真空系统设计》
稀薄气体流动状态的判别
东北大学
稀薄气体流动状态的判别
气体流动的基本状态 气体流动状态的分类 湍流与粘滞流的转变及其判别 粘滞流与分子流的转变及其判别 稀薄气体动力学
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气体流动的基本状态
真空系统一旦启动，系统管道中就存在定向 的气体流动，即稀薄气体沿管道的流动。 气体在管道中的流动状态不同，管道的流导 也不一样，也就是说，管道对气体的流动的 影响，不仅取决于管道的几何形状和尺寸， 还与管道中流动的气体种类、温度和压力有 关。所以在计算管道对气体的流导时，首先 必须判明管道中的气流是哪一种流动状态。 稀薄气体沿管道的流动与常压气体有区别也 有联系，研究稀薄气体沿管道的流动是真空 科学的重要内容之一。
分子流 粘滞流 粘滞—分子流
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对于给定气体和温度 λ P 为常数 对于室温20℃空气,粘滞流、粘滞—分子流和分 子流之间的判别式是
DP ≥ 0.665Pa⋅ m 为 滞 粘 流 −3 为 子 分 流 DP ≤ 6.65×10 Pa⋅ m 6.65×10−3 Pa⋅ m ≤ DP ≤ 0.665Pa⋅ m 为 滞- 粘 分 流 子
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湍流与粘滞流的转变及其判别
雷诺数Re：流体加速度做功对于摩擦功的比值
2 2 1 1 D 2 Mu = π Lρ u 2 2 2
ηu (πD )L
Re = Duρ
η
u：相对于器壁的流速；D：管径；L：管长； M：气体质量；ρ：气体密度；η：内摩擦系数
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气体流动状态的分类
在真空系统管路中的气流有五种流动状态：湍 流(又称紊流、涡流)；湍—粘滞流；粘滞流(又 称层流、粘性流、泊稷叶流)；粘滞—分子流； 分子流(又称自由分子流、克努森流)。湍—粘 滞流是湍流和粘滞流之间的过渡状态。粘滞— 分子流是粘滞流和分子流之间的过渡状态。 湍流（Turbulence flow）：管道中气体的压强 和流速高，流线无规则且有旋涡，旋涡时隐时 现，流动呈不稳定状态，质点的速度急剧变化 着，加速度大，因而惯性力对流动起支配作用 。一般存在于真空系统工作初期。