- •Криовакуумная техника
- •Лекция №1
- •1.1. Понятие о вакууме
- •1.2. Степени вакуума
- •Лекция №2
- •2.1. Вывод уравнения состояния для идеального газа
- •2.2. Законы идеальных газов
- •2.3. Испарение и конденсация
- •2.4. Термины и определения вакуумной техники
- •Лекция №3
- •3.1. Расчетные понятия вакуумной техники
- •3.2. Понятие о процессе откачки газа из вакуумной системы
- •3.3. Режимы течения газа по трубопроводу
- •Лекция №4
- •4.1. Взаимодействие газов с твердыми телами
- •4.2. Основные понятия теории массообмена
- •Лекция №5
- •5.1. Перенос теплоты в вакууме
- •5.2. Вязкость газов
- •Лекция №6
- •6.1. Тепловые нагрузки на криогенные вакуумные насосы
- •6.2. Классификация вакуумных насосов
- •6.3. Области действия вакуумных насосов
- •6.4. Объемные вакуумные насосы
- •6.4.1. Поршневые насосы
- •6.4.2. Жидкостно-кольцевые насосы
- •6.4.3. Роторные вакуумные насосы
- •Лекция №7
- •7.1. Молекулярные вакуумные насосы
- •7.2. Струйные вакуумные насосы
- •Лекция №8
- •8.1. Ионные вакуумные насосы
- •8.2. Испарительные насосы
- •8.3. Криогенные вакуумные насосы
- •Лекция №9
- •8.1. Криоадсорбционные вакуумные насосы
- •8.2. Криоконденсационные вакуумные насосы
- •Лекция №10
- •10.1. Конструкция криоконденсационных насосов
- •10.2. Другие типы сорбционных вакуумных насосов
- •Лекция №11
- •11.1. Техника измерения общего и парциального давлений газа
- •Лекция №12
- •12.1. Специфика измерения вакуума при низких температурах
- •12.2. Герметичность вакуумных систем
- •12.3. Измерение и контроль основных параметров вакуумных насосов
- •Лекция №13
- •13.1. Запорно-регулирующая арматура вакуумных систем
- •13.2. Элементы вакуумных систем
- •13.3. Ловушки
- •Лекция №14
- •14.1. Типовые схемы вакуумных установок
- •Лекция № 15
- •15.1. Методика расчета вакуумных систем
- •Лекция №16
- •16.1. Выполнение принципиальных вакуумных схем
5.2. Вязкость газов
Вязкость или внутреннее трение – это свойства жидкостей и газов оказывать сопротивление перемещению одной части относительно другой.
Сила вязкости пропорциональна перепаду скорости на единицу пути и площади поверхности пластины, т.е.
,
где – коэффициент динамической вязкости, Па·с;– скорость газа, м/с.
Согласно молекулярно-кинетической теории газов коэффициент динамической вязкости можно определить, воспользовавшись формулой:
В условиях низкого вакуума (ℓср«ℓ) коэффициент вязкости не зависит от давления.
В условиях высокого вакуума (»), ввиду отсутствия потерь на взаимные столкновения, молекулярная вязкость должна быть прямо пропорциональна числу переносчиков количества движения и, следовательно, давлению газа.
В таблице 5.4 приведены значения коэффициентов динамической вязкости для некоторых газов при Т = 273К.
Таблица 5.4
Коэффициенты динамической вязкости
Газы |
Н2 |
Не |
СН4 |
Аr |
Nе |
N2 |
О2 |
СО2 |
воздух |
η·105Н·с/м2 |
0,88 |
1,9 |
1,1 |
2,1 |
3,0 |
1,75 |
2,02 |
1,4 |
1,7 |
На рис. 5.1 представлена зависимость коэффициентов динамической вязкости η, коэффициента теплопроводности λ и коэффициента диффузии D от степени вакуума (давления).
Лекция №6
6.1. Тепловые нагрузки на криогенные вакуумные насосы
Тепловой расчет этих насосов разбивают на следующие два этапа
1) определение тепловых нагрузок на криогенную панель и теплозащитный экран;
2) определение расхода криоагентов.
Определение тепловых нагрузок на криогенную панель и теплозащитный экран
В общем виде тепловой поток (тепловая нагрузка) на криогенную панель Вт складывается из следующих основных составляющих:
,
где – тепловой поток за счет теплового излучения (5.4) или (5.5) с поверхностей, окружающих криогенную панель;– тепловой через тепловые мосты (5.6) (механические опоры и держатели криогенных панелей, подвески заливных бачков, трубки для подачи жидких криоагентов и отвода испаряющихся газов и др.);– тепловой поток за счет непрерывной конденсации откачиваемых газов (5.3);– тепловой поток за счет теплопроводности остаточных газов от стенки насоса криогенной панели (5.1) или (5.2).
При давлениях ниже 10-2 Па основными источниками тепловых нагрузок на криогенную панель являются и.
Таким образом, для высоковакуумных систем достаточно определить
Определение расхода криоагентов
а) Охлаждение крионасоса от Т1 до Т2 производится только за счет теплоты испарения. При этом расчет количества испаренного хладоагента, кг может быть рассчитано из соотношения
где m – масса крионасоса, кг; r – удельная теплота испарения хладоагента, или скрытая удельная теплота парообразования, Дж/кг; – средняя по температуреудельная теплоемкость материала крионасоса, Дж/(кг·К).
В таблице 6.1 для условий атмосферного давления приведены скрытые удельные теплоты парообразования хладоагентов и количество испаряющегося хладоагента на 1Вт тепловой нагрузки.
Таблица 6.1
Скрытые удельные теплоты парообразования хладоагентов и соответствующее количество хладоагентов на 1Вт тепловой нагрузки.
Параметры |
Вид сжиженного газа | |||
N2 |
Nе |
Н2 |
Не | |
Температура кипения, К |
77,3 |
27,2 |
20,4 |
4,2 |
Скрытая теплота парообразования, Дж/кг |
200 |
87 |
450 |
21,6 |
Скрытая теплота парообразования, кДж/дм3 |
162 |
102 |
31,7 |
2,7 |
Количество испаряющегося хладоагента на 1Вт тепловой нагрузки, дм3/ч |
0,021 |
0,035 |
0,16 |
1,4 |
б) Охлаждение осуществляется испарением и холодом, содержащихся в парах.
Если при охлаждении насоса используются как теплота испарения, так и холод, содержащийся в парах, то количество криоагента кг определяется по формуле
где Тн – начальная температура, К; Ти – температура испарения, К; Тп - температура панели, К; – средняя удельная приэнтальпия охлаждающего газа, Дж/кг.
Массовый расход кг/с испаряемого в крионасосе криоагента во время его работы определяется по формуле: