Лаб №1вак.техн

Министерство образования Российской Федерации

Новосибирский государственный технический Университет

Э.В. Клещин

Методические указания к выполнению лабораторной работы №1

«Расчет проводимости отверстий для вязкостного, молекулярного и молекулярно-вязкостного режимов истечнений газа через отверстия» по дисциплине «Криовакуумная техника»

Новосибирск 2009

ВВЕДЕНИЕ

Работа дает представление об основах расчета проводимости отверстий применяемых в вакуумных системах при вязкостном, молекулярном и молекулярно-вязкостном режимах истечения газа.

Работу следует представить на листах формата А4 с соблюдением требований стандартов ЕСКД.

Содержание отчета: цель работы, исходные данные, результаты расчета в соответствующих таблицах и графическое представление проводимостей для заданных 3-х режимов истечения газов через отверстия.

Цель работы - расчетное исследование проводимостей при 3-х режимах истечения двух газов через отверстие.

1. Методические указания

Проводимость отверстия

Вязкостный режим истечениягаза

Проводимость отверстия при турбулентном и вязкостном режимах течения зависит от отношения давления газа в сосуде р_с к давлению газа р в пространстве, куда он вытекает.

При

, (1.1)

где к – показатель адиабаты;

к = 1,67 для одноатомных газов;

к = 1,40 для двухатомных газов;

к = 1,30 для многоатомных газов.

В этом случае проводимость отверстия определяется по формуле, соответствующей до критическому истечению

, (1.2)

где А_отв – площадь отверстия, м²;

М – молекулярная масса, кг/кмоль;

R₀ – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль∙К);

Т – температура газа, К.

При

, (1.3)

проводимость отверстия определяется по формуле, соответствующей критическому истечению

. (1.4)

Постоянная в правой части уравнений (1.1) и (1.3)

= 0,487 – для одноатомных газов; 0,528 – для двухатомных газов и 0,546 – для многоатомных газов.

Молекулярный режим истечения газа

Для молекулярного режима течения газа проводимость отверстия равна

(1.5)

где А_отв – площадь отверстия;

А_с – площадь поперечного сечения сосуда, из которого происходит истечение;

К – поправочный коэффициент, являющийся функцией отношения диаметра отверстия d_отв к диаметру сосуда d_с, из которого происходит истечение.

Значения К приведены в табл.1.1.

Таблица 1.1

Коэффициент К формуле (1.5)

dотв/dс	К
0,0	1,000
0,1	1,002
0,2	1,007
0,3	1,017
0,4	1,030
0,5	1,049
0,6	1,074
0,7	1,107
0,8	1,152
0,9	1,216
1,0	1,333

Молекулярно-вязкостный режим истечения газа

Проводимость отверстия при молекулярно-вязкостном режиме оценивается по формуле

(1.6)

где р_в – верхняя граница молекулярно-вязкостного режима;

р_м – нижняя граница молекулярно-вязкостного режима;

р_i – давление, для которого определяется .

2. Последовательность выполнения работы

2.1. Изучить методические указания.

2.2. Выполнить расчеты и занести результаты в соответствующие таблицы для истечения водорода Н₂ (= 2 кг/кмоль) и метана СН₄ (= 16 кг/кмоль) через отверстие d_отв = 10мм.

Вязкостный режим. На одном графике представить = f (р/р_с) при р = 10⁵ Па, р_с = 1,5∙10⁵, 2∙10⁵, 3∙10⁵ , 12∙10⁵ Па и t = 20⁰С.

Молекулярный режим. На одном графике представить = f (Т/М) для

d_с = 12,5мм и следующих температурах истечения t = 10, 20, 50 и 100⁰С.

Молекулярно-вязкостный режим. На одном графике представить = f(р_i) для р_i = 10, 20, 50 и 100Па при верхней границе молекулярно-вязкостного режима р_в = 133 Па и нижней границе молекулярно-вязкостного режима р_м = 2 Па для случая вязкостного истечения при р/р_с = 10⁵/3∙10⁵, а молекулярного истечения при t = 20⁰С.

2.3. Сформулировать заключение по выполненной работе.

2.4. Ответить письменно на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1) В каких случаях проводимость отверстия определяется по формуле для критического истечения?

2) В каком случае поправочный коэффициент К принимает максимальное значение?

3) Как изменяется проводимость с увеличением температуры при молекулярном режиме истечения?

4) Какую размерность имеет проводимость?

5) Какие должны быть условия для молекулярно-вязкостного режима истечения газа?

5