抽氣時(shí)間與壓強(qiáng)的計(jì)算學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1抽氣抽氣(chu q)時(shí)間與壓強(qiáng)的計(jì)算時(shí)間與壓強(qiáng)的計(jì)算第一頁，共30頁。2第1頁/共29頁第二頁，共30頁。3第2頁/共29頁第三頁，共30頁。4此人們把滿足一定條件的非穩(wěn)定流動(dòng)近似看做為穩(wěn)定流動(dòng)來計(jì)算，稱為亞穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。第3頁/共29頁第四頁，共30頁。5第4頁/共29頁第五頁，共30頁。6如果(rgu)知道泵的抽速Sp和管路的流導(dǎo)C，就可以計(jì)算出系統(tǒng)對(duì)容器有效抽速，這個(gè)方程被稱為真空技術(shù)基本方程。第5頁/共29頁第六頁，共30頁。7空系統(tǒng)對(duì)容器的有效抽速SeC，這就是說,在這種情況下,選擇多大的泵都沒有用，都不能提高泵對(duì)容器的有效抽速。第6頁/共29頁第七頁，共30頁。8第7頁/共2

2、9頁第八頁，共30頁。9第8頁/共29頁第九頁，共30頁。10式中：q1是抽空1h后放氣(fn q)速率，Pam3/(m2s)；q0是抽空時(shí)間無限長(zhǎng)之后材料表面的放氣(fn q)速率，Pam3/(m2s)；t是抽空時(shí)間，h；是與材料種類及其預(yù)處理狀況有關(guān)的放氣(fn q)時(shí)間指數(shù)，值在0.52之間變化。真空室內(nèi)暴露于真空下的構(gòu)件表面可能有多種材料，總的表面放氣(fn q)流量Qf為: 式中：Ai是第i種材料暴露在真空下的表面積，m2；q1i是第i種材料在抽空1h后的表面放氣(fn q)速率， Pam3/(m2s)；i是第i種材料的放氣(fn q)時(shí)間指數(shù)；Q0是抽氣時(shí)間無限長(zhǎng)后總的放氣(fn

3、q)流量， Pam3/s；t是抽空時(shí)間，h。第9頁/共29頁第十頁，共30頁。11 (3)大氣通過容器壁結(jié)構(gòu)材料(cilio)向真空室內(nèi)滲透的氣體流量Qs ，Pam3/s。 (4)液體或固體蒸發(fā)的氣體流量Qz，Pam3/s 。 (5)大氣通過各種真空密封的連接處，通過各種漏隙通道泄漏進(jìn)入真空室的漏氣流量QL ，Pam3/s 。第10頁/共29頁第十一頁，共30頁。12u真空系統(tǒng)的抽氣方程u 當(dāng)真空泵啟動(dòng)之后，真空系統(tǒng)即對(duì)被抽容器抽氣。此時(shí)，真空系統(tǒng)對(duì)容器的有效抽速若以Se表示，容器中的壓力以P表示，則單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)所排出的氣體流量(liling)即是SeP。容器中的壓強(qiáng)變化率為dP/dt,容器

4、內(nèi)的氣體減少量即是VdP/dt。根據(jù)動(dòng)態(tài)平衡，可列出如下方程:u 這個(gè)方程稱為真空系統(tǒng)抽氣方程。第11頁/共29頁第十二頁，共30頁。13 式中：V是被抽容器的容積，由于隨著抽氣時(shí)間t的增長(zhǎng)，容器內(nèi)的壓力P降低，所以容器內(nèi)的壓強(qiáng)變化率dP/dt是個(gè)負(fù)值。因而VdP/dt是個(gè)負(fù)值，這表示容器內(nèi)的氣體減少量。放氣流量Qf，滲透氣流量Qs，蒸發(fā)的氣流量Qz和漏氣流量QL都是使容器內(nèi)氣體量增多的氣流量。SeP則是真空系統(tǒng)將容器內(nèi)氣體抽出的氣流量，所以方程中記為- SeP 。 對(duì)于設(shè)計(jì)制造良好的真空系統(tǒng)，放氣、滲氣、漏氣和蒸發(fā)的氣體流量微小，在抽氣初始階段的氣體負(fù)荷主要是容器內(nèi)原有的空間大氣。而當(dāng)抽至1

5、-10-1Pa時(shí)，容器中殘存的氣體主要是漏放氣。排氣流量大時(shí)，漏放氣可以忽略(hl)，當(dāng)排出氣體主要是漏放氣時(shí)，抽氣過程可能很慢。第12頁/共29頁第十三頁，共30頁。14低真空抽氣時(shí)間的計(jì)算： 從大氣壓到范圍的抽氣為低真空抽氣階段，一般用油封式機(jī)械泵和分子篩吸附泵來完成。油封式機(jī)械泵在大氣壓到100Pa范圍抽速近似(jn s)為常數(shù)，時(shí)抽速變化較大，而分子篩吸附泵對(duì)氮?dú)獾奈剿俾式?jn s)為常數(shù)。所以，低真空抽氣時(shí)間的計(jì)算可分為近似(jn s)常抽速和變抽速兩種情況近似(jn s)常抽速時(shí)抽氣時(shí)間的計(jì)算不考慮管道影響和漏放氣的抽氣時(shí)間計(jì)算 油封機(jī)械泵在大氣壓到102 Pa范圍內(nèi)抽速近似

6、(jn s)為常抽速。抽氣方程為(忽略)：第13頁/共29頁第十四頁，共30頁。15 則可得抽氣時(shí)間計(jì)算(j sun)的最基本的公式 V是容器的容積，m3；Sp是真空泵的抽速，m3/s；P0是抽氣開始時(shí)容器內(nèi)的壓強(qiáng)，Pa；P是抽氣終了時(shí)容器內(nèi)的壓強(qiáng)，Pa；t是將容器內(nèi)的壓強(qiáng)從P0降低到P的抽空時(shí)間，s。第14頁/共29頁第十五頁，共30頁。16符號(hào)的意義同前。第15頁/共29頁第十六頁，共30頁。17考慮管道影響而忽略漏放氣時(shí)抽氣時(shí)間的計(jì)算(j sun) （1）粘滯流 （2）分子流考慮管道影響和漏放氣時(shí)抽氣時(shí)間計(jì)算(j sun) 式中：Se是真空泵對(duì)容器的有效抽速，m3/s；其余符號(hào)的意義同前

7、。第16頁/共29頁第十七頁，共30頁。18變抽速時(shí)抽氣時(shí)間的計(jì)算 大多數(shù)真空泵的抽速都隨其入口壓強(qiáng)的變化而變化，尤其是機(jī)械真空泵，當(dāng)其入口壓強(qiáng)低于10Pa時(shí)，泵的抽速隨其入口壓強(qiáng)的變化更為顯著。圖9是某些(mu xi)真空泵的抽速特性曲線示意圖第17頁/共29頁第十八頁，共30頁。19分段計(jì)算法 在一般情況下，計(jì)算變抽速時(shí)的抽氣時(shí)間需要首先知道泵的抽速與其(yq)入口壓強(qiáng)的關(guān)系。假定需要求容器內(nèi)的壓力由P0降低到P的抽氣時(shí)間，則可以將P0到P這個(gè)壓強(qiáng)區(qū)段分成n段。段數(shù)愈多，計(jì)算的抽氣時(shí)間愈接近變抽速的實(shí)際。設(shè)相應(yīng)每段的抽氣時(shí)間為t1，t2，titn，取每段的平均抽速為S1，S2，Si，Sn，

8、用相應(yīng)的公式進(jìn)行各個(gè)壓力區(qū)段的抽氣時(shí)間計(jì)算,然后求其代數(shù)和即得總的抽氣時(shí)間t。 第18頁/共29頁第十九頁，共30頁。20經(jīng)驗(yàn)系數(shù)計(jì)算法 油封機(jī)械真空泵的實(shí)際抽速S隨其入口壓強(qiáng)的降低而降低。研究其抽速特性(txng)曲線發(fā)現(xiàn)，其實(shí)際抽速S與其名義抽速Sp的近似關(guān)系是: 式中：系數(shù)K在不同壓力區(qū)間的取值如表2。第19頁/共29頁第二十頁，共30頁。21 因此抽氣時(shí)間的計(jì)算(j sun)可用下式： 相當(dāng)于把大氣壓到1Pa的區(qū)間分成5段，分別計(jì)算(j sun)每段的抽氣時(shí)間后相加即可。第20頁/共29頁第二十一頁，共30頁。22高真空抽氣時(shí)間的計(jì)算： 高真空抽氣是指壓強(qiáng)從-5Pa范圍的抽氣。通常要經(jīng)

9、過機(jī)械真空泵預(yù)抽后來進(jìn)行，這時(shí)容器內(nèi)的氣體已經(jīng)大大減少了，而其它氣源成為主要的氣體負(fù)荷。這些氣源包括： （1）微漏：大氣通過微小泄露通道進(jìn)入真空室的氣體流量QL ，Pam3/s 。當(dāng)漏隙一定(ydng)時(shí)為常量。 （2）滲透：大氣通過容器壁結(jié)構(gòu)材料向真空室內(nèi)擴(kuò)散的氣體流量Qs ，Pam3/s。具有選擇性，如氫氣分離為原子時(shí)能透過鐵、鎳、鋁等，氮分子能透過玻璃。此外滲透氣流量與溫度、氣體的分壓強(qiáng)有關(guān)，當(dāng)材料種類、氣體溫度和分壓強(qiáng)一定(ydng)時(shí)，滲透氣流量是個(gè)定值。第21頁/共29頁第二十二頁，共30頁。23第22頁/共29頁第二十三頁，共30頁。24第23頁/共29頁第二十四頁，共30頁。25抽氣過程中容器內(nèi)壓強(qiáng)的計(jì)算：具有(jyu)表面放氣的管狀容器中壓強(qiáng)計(jì)算第24頁/共29頁第二十五頁，共30頁。26u兩個(gè)以上串聯(lián)容器中壓強(qiáng)(yqing)的計(jì)算：第25頁/共29頁第二十六頁，共30頁。27例題(lt)：第26頁/共29頁第二十七頁，共30頁。28第27頁/共29頁第二十八頁，共30頁。29E N D第28頁/共29頁第二十九頁，共30頁。NoImage內(nèi)容(nirng)總結(jié)會(huì)計(jì)學(xué)。實(shí)驗(yàn)表明，材料(cilio)表面單位時(shí)間內(nèi)單位表面積的放氣率q可以用下面的經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算。實(shí)驗(yàn)表明，材料(cilio)表面單位時(shí)間內(nèi)單位表面