Режимы течения газа по трубке
Перейдем к рассмотрению вопросов связанных с определением пропускной способности трубопровода. Для этого в первую очередь познакомимся с режимами (механизмами) течения газа по трубке, которые оказываются различными в зависимости от степени вакуума в трубке; степень вакуума в трубке определяется отношением средней длины свободного пути Л молекул газа, протекающего по трубке, к ее диаметру d; если известны давления газа по концам трубки (Pi и р2), то значение 1 с достаточной точностью определяется по среднему давлению в трубке.
А. Течение аза при низком вакууме
При низком вакууме в связи с малым отношением газ можно рассматривать как сплошную сжимаемую среду. Эта среда обладает определенной инерцией, сказывающейся при больших плотностях газа, и вязкостью, влияние которой по мере понижения давления газа становится преобладающим.
В связи с этими явлениями область низкого вакуума характеризуется несколькими различными режимами течения газа:
При относительно высоких давлениях газа как с входной, так и с выходной стороны трубки течение раза характеризуется наличием в протекающем газе вихревых движений, связанных с большими скоростями течения и инерцией газовой среды. Такой режим течения газа называется турбулентным.
При относительно высоких давлениях с обеих сторон трубки, НО1 при меньшей скорости течения газа последнее может иметь упорядоченный характер; основными силами, определяющими режим течения, являются силы шнерции газовой среды. Такой режим течения газа называется инерционным.
При более низких давлениях и еще меньших скоростях режим течения газа определяется как силами инерции, так и внутренним трением газа, которое начинает приобретать большее влияние. Такой режим течения газа называется инерционно-вязкостным.
Наконец в области низкого же вакуума, когда отношение продолжает оставаться малым, но давление в трубке относительно низко, силы инерции газовой среды становятся малыми и теряют свое влияние на режим течения газа; газ течет с относительно малой скоростью, и основным фактором является вязкость газа. Такой режим течения газа называется вязкостным.
Б. Течение газа при среднем вакууме
По мере дальнейшего понижения давления отношения влияние внутреннего трения на характер течения газа становится меньшим, начинает сказываться уменьшающееся число столкновений между молекулами газа; все большее количество молекул газа начинает перемещаться по трубопроводу совершенно независимо от наличия других молекул, сталкиваясь только со стенками вакуумной системы. Такой режим течения газа, когда наряду с внутренним трением газа сказывается и независимое (без столкновений) тепловое движение отдельных молекул, называется молекулярно-вязкостным.
В. Течение газа при высоком вакууме
Когда по мере дальнейшего понижения давления • отношение становится достаточно большим, внутреннее тре-гше перестает играть роль, молекулы совершают свое тепловое движение по трубке практически без столкновений независимо одна от другой. В связи с этим режим течения газа при высоком вакууме в трубопроводе называется молекулярным.
Из рассмотренных режимов течения газа по трубке с точки зрения откачки электровакуумных приборов (или вообще приборов, соединяемых с насосом трубопроводом с относительно малой пропускной способностью) не все имеют одинаковое значение.
Например, при нормальной (безаварийной) откачке приборов при помощи обычных вакуумных систем состояние низкого вакуума в трубке продолжается сравнительно очень недолго. Поэтому из режимов, относящихся к течению газа при низком вакууме, мы при расчетах, связанных с конструированием вакуумных систем или с работой на них, будем для простоты учитывать только вязкостный режим, относя его ко всей области давлений, охватываемых низким вакуумом.
С остальными низковакуумными режимами течения газа (турбулентным, инерционным или инерционно-вязкостным) при откачке электровакуумных приборов приходится встречаться преимущественно в аварийных случаях (образование крупной трещины в откачиваемом приборе, поломка откачной трубки и т. п.) или в случае наполнения откачанного электровакуумного прибора газом до относительно высокого давления.
Как мы увидим ниже (из примеров расчета пропускной способности) при откачке электровакуумных или аналогичных им приборов наибольшее значение имеют молекулярновязкостный и молекулярный режимы течения газа.