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正航儀器技術(shù)整理流導(dǎo)的計算
2015-8-12 來源：正航儀器 作者：小曾 閱讀：次
正航儀器技術(shù)整理流導(dǎo)的計算
1．流導(dǎo)和流幾率
(1)流導(dǎo)
就一個真空系統(tǒng)管路元件(包括導(dǎo)管、閥門、捕集器等)來說，若其入口壓力P1和出口壓力P2不相等，即管路元件的兩端存在壓強(qiáng)差P1-P2，則元件中將有氣流從高壓側(cè)流向低壓側(cè)(如圖3)。
若流經(jīng)元件的氣流量是Q，實(shí)驗(yàn)和理論都證明Q值的大小與元件兩端的壓強(qiáng)差P1-P2成正比。用數(shù)學(xué)式子來表示Q與P1-P2之間的關(guān)系，則可寫成式(5)。
該比例常數(shù)C稱為流導(dǎo)。式(6)即是流導(dǎo)的定義式。它表明：在單位壓差下，流經(jīng)管路元件氣流量的大小被稱為流導(dǎo)。在國際單位制中，氣流量Q的單位是Pa·m3／s，P1-P2的單位是Pa，所以流導(dǎo)的單位是m3／s。
流導(dǎo)的大小說明在管路元件兩端的壓強(qiáng)差P1-P2一定的條件下流經(jīng)管路元件的氣流量的多少。從式(5)可見，當(dāng)壓差P1-P2一 定時，流導(dǎo)C的值較大，那么流經(jīng)管路元件的氣流量Q的值就較大；反之流導(dǎo)C的值小，則流經(jīng)元件的氣流量Q就小。所以作為真空系統(tǒng)管路元件，不管是導(dǎo)管、還 是閥門、捕集器、除塵器等，都希望它的流導(dǎo)值盡可能大一些，使氣流能順利地通過。因此，流導(dǎo)是真空系統(tǒng)管路元件的一個重要參數(shù)。在真空系統(tǒng)設(shè)計計算中，要 計算管路元件以及某段真空系統(tǒng)管路的流導(dǎo)。
(2)流導(dǎo)幾率
流導(dǎo)幾率也稱為傳輸幾率，其物理意義是氣體分子從元件的入口入射進(jìn)入元件能從管路元件的出口逸出的概率。在分子流狀態(tài)下，利用流導(dǎo)幾率來表征真空系統(tǒng)管路元件對氣體的導(dǎo)通性能更直觀，更本質(zhì)。用pr來表示流導(dǎo)幾率，則流導(dǎo)幾率的定義式為式(7)。
從式(8)可以看出，管路元件的流導(dǎo)C等于該元件入口孔的流導(dǎo)Cfk和其流導(dǎo)幾率Pr的乘積。通常，管路元件入口孔的流導(dǎo)Cfk是很容易求得的，如果知道了元件的流導(dǎo)幾率Pr，則利用式(8)可以很容易地計算出元件的流導(dǎo)。
2．流導(dǎo)的計算
在真空系統(tǒng)中，連接管道通常采用的是圓截面管道，被抽氣體又多為室溫下的空氣，因此這里只簡要介紹圓孔和圓截面管道對室溫空氣的流導(dǎo)。
(1)粘滯流時流導(dǎo)的計算
①薄壁孔
粘滯流時氣體流經(jīng)薄壁孔，如圖4所示，當(dāng)P1＞P2時，氣體從I空間流向II空間。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)P1不變時，隨P2下降，通過孔口的流速和流量都增加，但當(dāng)P2下降到某一值時，它們都不再隨P2下降而增加。
對于室溫空氣，面積為Am2的薄壁孔的流導(dǎo)為式(9)。
對于室溫空氣，圓形薄壁孔的流導(dǎo)為式(10)。
②不考慮管口影響時，圓管的流導(dǎo)
通常，氣體從一個大容積進(jìn)入管道的入口孔時，孔口對氣流存在影響，但當(dāng)管道的長度比較長，管口對氣流的影響則可以忽略，即可以不考慮管口對氣流的影響。在 工程計算中，通常把管道的軸線長度L與管道直徑D的比值L／D≥20的管道視為“長管”，其實(shí)質(zhì)是可以不考慮管口的影響進(jìn)行計算。設(shè)圓管的軸線長度為 Lm，直徑為Dm，則其粘滯流條件下對于室溫空氣的流導(dǎo)為式(11)。
③考慮管口影響時，圓管的流導(dǎo)
在粘滯流條件下，氣 流從大容積進(jìn)入管口，在管口處受到影響，這種影響破壞了粘滯流的應(yīng)有秩序，使管道的流導(dǎo)減小，這種影響常稱為管口效應(yīng)。當(dāng)管道的長度不太長時，管口效應(yīng)的 影響在進(jìn)行計算中不能忽略。在工程計算中，一般認(rèn)為管道的長徑比L／D＜20都屬于這種情況，這就是所說的“短管”。
對于室溫空氣，考慮管口影響時，管道的流導(dǎo)用式(12)計算。
(2)分子流時流導(dǎo)的計算
①薄壁孔
分子流時，對于室溫空氣，面積為Am2的薄壁孔的流導(dǎo)用式(13)計算。
②不考慮管口影響時。圓管的流導(dǎo)
不考慮管口影響時，在分子流條件下，任意截面形狀管道的流道計算式可由克努森流導(dǎo)積分公式(15)導(dǎo)出。
由式(15)導(dǎo)出的圓管的流導(dǎo)為式(16)。
③不考慮管口影響時，圓錐形管的流導(dǎo)
對于圖5所示的截圓錐形管道，其分子流流導(dǎo)的計算式為式(17)。
④考慮管口影響時，圓管的流導(dǎo)
設(shè)圓管的長度為L，半徑為R，直徑為D=2R。在分子流條件下，考慮管口影響時，圓管的流導(dǎo)幾率pr如式(18)。
因此，當(dāng)考慮管口影響時，圓管對于室溫空氣的流導(dǎo)計算式為式(19)。
⑤真空閥門的分子流流導(dǎo)
對于真空閥門的分子流流導(dǎo)計算可用式(45)。
⑥常用水冷障板的流導(dǎo)
水冷障板的分子流流導(dǎo)的計算可用兩種方法。一種是利用“比流導(dǎo)”的數(shù)值進(jìn)行計算，“比流導(dǎo)”指的是捕集器入口單位面積上的流導(dǎo)，利用“比流導(dǎo)”數(shù)據(jù)進(jìn)行計算可用式(20)。
若捕集器不是用水冷卻，而是用其它冷劑，則式(20)要引入一個溫度影響系數(shù)l，式(21)。
若冷凝劑用的是干冰(固體CO2)，取l=1.2；若是液氮，則取l=1.7。第二種方法是用流導(dǎo)幾率進(jìn)行計算，對于很多種結(jié)構(gòu)形式的捕集器，其流導(dǎo)幾率值已有資料給出，因而利用式(8)可方便地進(jìn)行計算。
(3)粘滯-分子流時，圓管對于室溫空氣的流導(dǎo)計算式是式(21)。
在式(21)和(22)中，函數(shù)J的數(shù)值見表1。
(4)管路元件串、并聯(lián)時，流導(dǎo)的計算
組成真空系統(tǒng)的管路各式各樣，各系統(tǒng)管路元件之間的關(guān)系，有的是串聯(lián)，有的又屬于并聯(lián)。
①串聯(lián)管路的流導(dǎo)
圖6所示的一段管路，是導(dǎo)管、閥門、捕集器三個元件串聯(lián)。若C1、C2、C3分別是這三個元件的流導(dǎo)，則它們串聯(lián)之后的整段管路的流導(dǎo)為式(23)。
如果是n個管道元件串聯(lián)，則串聯(lián)后整個管路的流導(dǎo)為式(24)。
可見管路元件串聯(lián)之后，整個管路的流導(dǎo)等于各元件流導(dǎo)的倒數(shù)的代數(shù)和的倒數(shù)。
②并聯(lián)管路的流導(dǎo)
圖7所示的整段管路是三條導(dǎo)管的并聯(lián)，若C1、C2、C3分別是這三條導(dǎo)管的流導(dǎo)，則并聯(lián)后組成的整段管路的流導(dǎo)C為式(25)。
如果有n條管路并聯(lián)組成一段管路，則并聯(lián)之后整段管路的流導(dǎo)為式(26)。
可見并聯(lián)管路的流導(dǎo)等于各并聯(lián)元件流導(dǎo)的代數(shù)和。
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正航儀器介紹元件尺寸的檢驗(yàn)
