Вакуумные насосы

Молекулярное течение газа при малых давлениях в цилиндрической трубе

Эффузия разреженного газа.

Эффузия – это явление истечения газа из одной части сосуда в другую через узкое отверстие, соединяющей обе части сосуда перегородкой, размеры которой намного меньше длины свободного пробега.

Число молекул, которые сталкиваются с площадкой S:. Обозначим, – масса одной молекулы. Таким образом.

Число молекул, которые проходят (пересекают) через площадку. При различных температурах равновесие возникает при разных давлениях.

Возьмем сосуд, поместим в него пористую перегородку. Поры намного меньше, чем длина свободного пробега. Пусть давления первоначально одинаковые, а левая и правая половинки сосуда поддерживаются при разных температурах. Тогда в соответствии с вышеприведенной формулой газ будет протекать через пористую перегородку от более низкой температуры к более высокой температуре. Такое явление называется тепловой эффузией или эффектом Кнудсена.

Если по разные стороны перегородки находятся различные газы, а давления и температуры по разные стороны перегородки одинаковые, то через поры быстрее будут переходить более легкие молекулы. Потому, там, где находятся тяжелые молекулы, сперва давление начнет увеличиваться, а затем давления начнут выравниваться. Такое явление называется изотермической эффузией.

Течение ультраразреженного газа через трубу, практически без столкновений между молекулами, называется молекулярным течением или течением Кнудсена.

Рассмотрим стационарное течение ультраразреженного газа через цилиндрическую трубу. В один конец трубы в единицу времени поступает число молекул. Допустим, что число молекул вылетающих из трубы за 1 с., пропорционально радиусу трубы a, числу молекул и обратно пропорционально длине трубы l. Тогда общее число молекул, проходящих через трубу в единицу времени. Т.е. массовый расход газа пропорционален кубу радиуса трубы. При одинаковых температурах расход пропорционален разности давлений. В случае формулы Пуазейля расход газа был пропорционален разности квадратов давлений и четвертой степени радиуса трубы.

Вакуумный насос – устройство для удаления газов и паров из замкнутого объема с целью получения вакуума. Для того чтобы создать вакуум используют насосы двух типов. Чтобы получить высокий вакуум вначале используют насос, который получает предварительное разрежение (форвакуум), а затем ставят высоковакуумный насос. Иногда между форвакуумным насосом и высоковакуумным насосом ставят бустерный (промежуточный) вакуумный насос.

Основные параметры вакуумных насосов

1) Предельное остаточное давление P _ост,

2) Быстрота откачки – объем газа, откачиваемый в единицу времени при определенном впускном давлении,

3) Производительность – количество газа, удаляемое в единицу времени при определенном впускном давлении

4) Наибольшее давление газа, при котором насос начинает работать,

5) Наибольшее выпускное давление, при котором вакуумный насос еще может осуществлять откачку.

В качестве форвакуумных насосов используют механические насосы. Их действие основано на всасывании откачиваемого газа при периодическом увеличении и уменьшении объема рабочего камеры насоса.

Механические форвакуумные насосы бывают поршневыми и вращательными.

Вакуумные насосы можно разделить на проточные, которые удаляют газ из откачиваемого объема наружу, и сорбционные, связывающие газ внутри насоса. Существует также специальные имплатационные, палладиевые и каталитические.

В струйных насосах откачиваемый газ всасывается струей жидкости или пара. Различают эжекторные (вихревые) и пароструйные струйные вакуумные насосы.

В эжекторных вакуумных насосах газ увлекается турбулентной струей жидкости или пара, истекающего со сверхзвуковой скоростью из сопла. Парогазовая смесь поступает в диффузор, где скорость потока уменьшается.

В пароструйных насосах струя пара, истекая с большой скоростью из сопла, захватывает откачиваемый газ и увлекает его к охлаждаемым стенкам рабочей камеры, где пар конденсируется, стекает по стенкам к сливной трубе и удаляется из рабочей камеры.

В турбомолекулярных насосах молекулы газа увлекаются быстровращающимся ротором. Роторные и статорные диски имеют каналы. Молекулы газа увлекаются в эти каналы в направлении откачки.

В сорбционных вакуумных насосах молекулы газа поглощаются поверхностями пористых материалов (цеолит, активный уголь, алюмогель и т.д.).

Действие криогенных насосов основано на конденсации и адсорбции паров и газов на поверхностях, охлаждаемых до низких температур, когда давление насыщенных паров, откачиваемого газа ниже давления, которое необходимо создать в откачиваемом объеме.

В настоящее время применяются форвакуумные насосы, позволяющие получать предварительное разрежение до 0,13 Паи высоковакуумные насосы, позволяющие получатьдавление.

Лекция 18 Газ Ван дер Ваальса.

Дата добавления: 2014-01-04