稀薄氣體流動狀態(tài)的判別

稀薄氣體流動狀態(tài)的判別東北大學?真空系統(tǒng)設計?之二精選課件稀薄氣體流動狀態(tài)的判別氣體流動的根本狀態(tài)氣體流動狀態(tài)的分類湍流與粘滯流的轉變及其判別粘滯流與分子流的轉變及其判別稀薄氣體動力學2精選課件氣體流動的根本狀態(tài)真空系統(tǒng)一旦啟動，系統(tǒng)管道中就存在定向的氣體流動，即稀薄氣體沿管道的流動。氣體在管道中的流動狀態(tài)不同，管道的流導也不一樣，也就是說，管道對氣體的流動的影響，不僅取決于管道的幾何形狀和尺寸，還與管道中流動的氣體種類、溫度和壓力有關。所以在計算管道對氣體的流導時，首先必須判明管道中的氣流是哪一種流動狀態(tài)。稀薄氣體沿管道的流動與常壓氣體有區(qū)別也有聯(lián)系，研究稀薄氣體沿管道的流動是真空科學的重要內容之一。3精選課件氣體流動狀態(tài)的分類在真空系統(tǒng)管路中的氣流有五種流動狀態(tài)：湍流(又稱紊流、渦流)；湍—粘滯流；粘滯流(又稱層流、粘性流、泊稷葉流)；粘滯—分子流；分子流(又稱自由分子流、克努森流)。湍—粘滯流是湍流和粘滯流之間的過渡狀態(tài)。粘滯—分子流是粘滯流和分子流之間的過渡狀態(tài)。湍流〔Turbulenceflow〕：管道中氣體的壓強和流速高，流線無規(guī)那么且有旋渦，旋渦時隱時現(xiàn)，流動呈不穩(wěn)定狀態(tài)，質點的速度急劇變化著，加速度大，因而慣性力對流動起支配作用。一般存在于真空系統(tǒng)工作初期。4精選課件粘滯流〔Viscousflow〕：當壓強和流速逐漸降低，流線就有規(guī)律，隨管道形狀變化而變化，流動變成各局部具有不同速度的流動層。內摩擦力對流動起支配作用。分子流〔Molecularflow〕：氣體壓強進一步降低，當氣體分子的平均自由程與管道直徑相當時，開始出現(xiàn)新的流動狀態(tài)，氣體分子間的碰撞很少，甚至可以忽略，而氣體分子依靠本身的熱運動與管壁頻繁碰撞，在管道內分子密度梯度的推動下，由高壓端流向低壓端。這種氣流是一個個分子單獨運動的綜合效果?！奥瓷洙暚F(xiàn)象是促成分子流特殊運動規(guī)律的重要物理根底。粘滯—分子流〔Transitionflow〕：是粘滯流和分子流之間的一種中間流動狀態(tài)，壓強介于粘滯流和分子流之間，不同速度層間有更多的分子交換，管壁處有滑動現(xiàn)象。其研究的難點在于它跨越流體力學和統(tǒng)計力學兩大學科。粘滯流為流體力學范疇，分子流屬氣體分子動力學范疇，研究方法不同5精選課件湍流與粘滯流的轉變及其判別雷諾數Re：流體加速度做功對于摩擦功的比值u：相對于器壁的流速；D：管徑；L：管長；M：氣體質量；ρ：氣體密度；η：內摩擦系數6精選課件Q：氣體流量；R：氣體普適常數；T：熱力學溫度D：管道直徑；μ：摩爾質量；η：內摩擦系數7精選課件對于室溫20℃空氣，湍流、湍—粘滯流、粘滯流之間的判別式是

Q>2660D為湍流Q<1450D為粘滯流1450D<Q<2660D為湍—粘滯流

式中Q—通過管道的氣體流量，Pa·m3/sD—管道的內徑，m8精選課件粘滯流與分子流的轉變及判別分子流流態(tài)的研究必須著眼于一個個氣體分子及其行為，大量研究說明，分子平均自由程是個重要參數。目前國內外多數學者推薦的判據為：分子流粘滯流粘滯—分子流9精選課件對于給定氣體和溫度為常數對于室溫20℃空氣,粘滯流、粘滯—分子流和分子流之間的判別式是式中D—管道