Режимы течения газов по трубопроводам

Во время откачки вакуумной системы давление газа в ней обычно уменьшается, и одновременно с этим меняются режимы течения газа в трубопроводах. В вакуумной технике различают три режима течения газов по трубопроводам:

Вязкостный, молекулярный, молекулярно-вязкостный.

Вязкостный режим течения наблюдается в низком вакууме, когда длина свободного пробега молекул газа λ много меньше диаметра трубопровода d (λ << d). В этих условиях число столк­новений между молекулами намного превышает число ударов о стенки. Газ в целом движется с различной скоростью по попереч­ному сечению трубопровода.

Молекулярный режим течения газа имеет место в условиях высокого вакуума, когда длина свободного пробега λ много больше диаметра трубопровода d (λ >> d). В этом случае моле­кулы практически не взаимодействуют друг с другом, а сталки­ваются только со стенками трубопровода.

Молекулярно-вязкостный режим реализуется при среднем вакууме (λ ~ d), когда длина свободного пробега молекул газа соизмерима с диаметром трубопровода.

Для определения режимов течения газа используются кри­терии Кнудсена.

1) Молекулярный режим течения газа имеет место, когда .

Па*м

2) Для вязкостного режима должно выполняться условие , что соответствует Па*м

3) Молекулярно-вязкостный режим будет иметь место при условии

Па*м

Проводимость трубопроводов зависит от его геометрии и режимов течения газов. Для трубопроводов круглого сечения имеем:

- вязкостный режим течения газов (воздух при 293 К):

,

где d,l - диаметр и длина трубопровода, м;

- среднее давление газа в трубопроводе.

U_В — проводимость трубопровода в вязкостном режиме, м³ /с

Среднее давление определяется как ,

где р₁, р₂ – давления на концах трубопровода.

- молекулярный режимтечения газа:

,

где М— молекулярная масса, кг/кмоль;

Т— температура газа, К;

d, I — диаметр и длина трубопровода, м;

U_M — проводимость трубопровода в молекулярном режиме,м³ /с.

- молекулярно-вязкостный режим течения газа:

,

Когда не требуется большой точности, то можно принять b =0,9. Формулы справедливы для длинных трубо­проводов при l > d.

Задание

• произвести откачку вакуумной системы до низкого вакуума;
• снять зависимость термопарного вакуумметра от времени работы пластинчато-роторного насоса с момента его включения. Отсчет давления производится через равные промежутки давления (0,5 мВ). Откачку проводить до значения 9мВ;
• произвести замену трубопровода низковакуумной системы. Снять зависимость Р(t) как в предыдущем задании;
• построить зависимость давления в камере от времени откачки низковакуумным насосом для разной длины трубопровода.
• определить режимы течения газов при работе насоса и рассчитать проводимость трубопровода при этих режимах.
• определить эффективную скорость откачки и коэффициенты использования насоса при разной длине трубопровода.

Результаты работы представить в виде таблиц

Таблица 1

P, мВ	Р, Па	t (L1), с	t (L2), с

Таблица 2

	Длина трубопровода, м	Режимы течения газа	Проводимость (м3/с)	Эффективная быстрота откачки (м3/с)	Коэффициент использования насоса
НВР -5ДМ