稀薄气体性质

Q：管道中的气流量，Pa· m³ /s
分子流时的流导

不考虑管口影响时圆管的流导
D3 C f 121 L
(m / s)
3
L , D ： 圆管的长度和直径，m
分子流时的流导

考虑管口影响时圆管的流导
1 2 当 L / R 1.5 时， C =91D fd L 1 D L 20 16 2 D 当 L / R 1.5 时， C =91D fd 2 L L 20 38 12 D D
为湍流 Q 2660 D 为黏滞流 Q 1450 D 1450 D Q 2660 D 为湍流-黏滞流 Q：通过管道的气体流量，Pa· m³ /s D：管道的内径，m
气体流动状态的判别

对于室温20℃的空气，黏滞流、黏滞-分子流和 分子流之间的判别式是：
为黏滞流 DP 0.665 Pa m 3 DP 6.65 10 Pa m 为分子流 3 6.65 10 Pa m DP 0.665 Pa m 为黏滞-分子流

真空系统的有效抽速Se 如果知道泵的抽速Sp和管路的流导C，就可以 计算出系统对容器的有效抽速，这个方程被称 为真空技术基本方程。
1 1 1 Se C S p
Se：真空系统对容器的有效抽速 Sp：真空泵的抽速 C ：真空容器出口到真空泵入口之间管路的流导。
真空系统的有效抽速
从基本方程可以看出： 如果管路的流导C远大于泵的抽速Sp，此时真空系统对 容器的有效抽速Se≈Sp。这就是说为了充分发挥泵对容 器的抽气作用，在设计真空系统管路时，应使管路的流 导尽可能大一些，因此真空管路应该粗而短，切不可细 而长，这是设计连接管道时的一条重要原则。
也不一样，也就是说，管道对气体的流导不 仅取决于管道的几何形状和尺寸，还与管道 中流动的气体种类和温度有关，在有的流动 状态下还取决于管道中气体的平均压力。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。
气体流动状态的判别

对于室温20℃的空气，湍流、湍流-黏滞流、黏 滞流之间的判别式是：
C C1 C2 ... Cn Ci
i 1
n
Ci：第i个管道的流导
谢 谢！
在黏滞流条件下，气流从大容积进入管口，在管口处受 到影响，这种影响破坏了黏滞流的应有秩序，使管道的 流导减小，称为管口效应。当管道的长径比L/D<20即所 谓的“短管”，管口效应的影响在计算中不能忽略。
D4 P Cvd 1.34 10 L 2.96 102 Q
3
(m3 / s)
P ：管道中气体的平均压强，Pa
部分具有不同速度的流动层，流线平行于管 轴，只在管道的不规则处稍许弯曲，这就是 黏滞流。
这时起决定作用的是各层间的相互摩擦力，
惯性力已退居次要地位。
分子流
压力降低到气体分子的平均自由程大于管道
的线性尺寸时，气体分子与管壁之间的碰撞 占据主要地位，在此情况下气体分子间的内 摩擦作用消失，分子靠热运动自由地直线前 进，只发生与管壁的碰撞而飞过管道，这种 流动称作分子流。这时起决定作用的是外摩 擦力。

如果管路的流导C远小于泵的抽速Sp，此时真空系统对 容器的有效抽速Se≈C，在这种情况下，选择多大的泵 都没有用，都不能提高泵对容器的有效抽速。
流导
流导
在单位压差下，流经管路的气流量的大小。 单位是m³ /s。 在真空系统中，连接管道通常采用的是 圆截面管道，被抽气体多为室温下的空气， 因此这里只介绍圆孔和圆截面管道对室温空 气的流导。
稀薄气体性质
设计三室
稀薄气体
真空状态下与正常状态相比，气体较为 稀薄，常温下的稀薄气体可近似的看作理想 气体。真空工程技术中所遇到的稀薄气体， 在性质上与理想气体差别很小，所以研究稀 薄气体时应用理想气体状态方程可以不做任 何修正。
理想气体状态方程
理想气体的状态方程：
PV
P ：气体压力，Pa； V ：气体体积，m³ ； T ：气体绝对温度，K； M ：气体质量，kg； μ ：气体的摩尔质量，kg/mol；
黏滞流时的流导

不考虑管口影响时圆管的流导Cvk 在工程计算中，通常把管道的轴线长度L与管道 直径D的比值L/D>20的管道视为“长管”，此时 可以不考虑管口的影响而进行计算。
D4 Cvk 1.34 10 P L
3
(m3 / s)
P ：管道中气体的平均压强，Pa
黏滞流时的流导

考虑管口影响时圆管的流导Cvd


气体流动状态的判别
因为湍流仅仅发生在真空系统刚刚工作之时，
发生湍流-黏滞流的时间也很短，所以在真空 系统的设计计算中很少考虑这两种流动状态 的影响，而主要考虑黏滞流、黏滞-分子流、 分子流这三种流动状态下管道对气体的导通 性能---流导。
气体流动状态的判别
气体在管道中的流动状态不同，管道的流导
湍流
气体压力和流速较高时，流动呈不稳定状态，
其特征是流线不沿着管轴方向，而是出现垂 直于管轴的横向位移，形成无规则的旋涡， 旋涡时隐时现，交替“猝发”与“间歇”。 这种无秩序的流动肯定要多消耗能量，大大 增加气体的摩擦阻力，这种流动叫湍流，气 体的惯性力在流动中起主要作用。
黏滞流
若压力和流速逐步降低，就会变成气体的各
M

RT
R ：普适气体常数，对任何气体都适合，与气体质量无关，
R=8.31 J/(mol ·K)
流动状态
真空工程技术中气体沿管道的流动状态可分
为三种基本形式： 湍流、 黏滞流、 分子流 从某一流动状态到另一流动状态之间并没有 截然的分界，存在着一定的过渡范围，因此 又有所谓的 湍-黏滞流、 黏滞-分子流
P ： 管道中气体的平均压强，Pa。
串联管路的流导

如果是n个管道元件串联，则串联后整个管路的 流导为：
C 1 1 1 1 ... C1 C2 Cn 1 1 i 1 Ci
n
Ci：第i个元件的流导
并联管路的流导

如果有n条管路并联组成一段管路，则并联之后 整段管路的流导为：
(m3 / s)
(m3 / s)
R：圆管半径，m L , D ： 圆管的长度和直径，m
黏滞-分子流时的流导

黏滞-分子流时，圆管对于室温空气的流导
4 3 D D 1 192DP Cvf 1.34 103 P 121 L L 1 238DP
(m3 / s)
D：管道直径，m； L： 管道长度，m；
P ：管道中气体的平均压强，Pa
D：管道的内径，m
真空系统的有效抽速
真空系统对容器的有效抽速是指在容器出口
处的压力下，单位时间内真空系统能够从被 抽容器中所抽除的气体体积。
真空系统对容器的有效抽速不仅取决于真空
泵的抽速，也取决于真空系统管路对气体的 导通性能，即所说的流导。
真空系统的有效抽速
d ： 管道直径 l ： 管道长度 η 0：自由分子黏滞系数
P1、P2 ：管道两端压力（ P1>P2 ）
黏滞-分子流过渡流态来自百度文库流量

过渡流态既有黏滞的基本特征，又有分子流的主要 属性，在动态真空系统中，是一种不稳定或暂态现 象。 当真空获得设备只在低、中真空状态下工作时，过 渡流态不可忽略。 目前对过渡流态的研究虽然颇多，也有若干结论， 但还不成熟，未能形成一种完善的理论公式，大多 数是半经验的定性分析和定量计算公式。
黏滞流态的流量

黏滞流态的流量公式，又称为泊谡叶公式。
d4 2 2 Q (P P 1 2 ) 256l
d ： 管道直径 l ： 管道长度 η ：气体的内摩擦系数
P1、P2 ：管道两端压力（ P1>P2 ）
分子流态的流量

分子流态的流量公式，又称为克努曾公式。
d3 Q (P 1P 2) 60l
流动参量---体积流速

体积流速S 在一定压力P下，单位时间流过某截面的 气体体积V称为体积流速（或称抽气速率）。
S dV / dt
S：体积流速，m³ /s ； V：气体体积，m³ ； t ：时间，s；
流动参量---流量

流量
单位时间内流过某截面的气体质量称为流量， 用Q表示。气体是可压缩的流体，流量的多少不 仅和流过的体积有关，而且与其密度（或压力） 有关。 在压力不变的情况下： Q PS 流量的量纲和功率的量纲一致，流量的单位 可以用W表示。若P用Pa、V用m³ ，则流量的单 位为Pa·m³ /s。