Области течения газа при низких давлениях. Часть 1
Закономерности течения газов в вакуумной системе зависят от степени разрежения газа. С уменьшением давления характер течения изменяется: происходит переход от турбулентного или вихревого течения к ламинарному или вязкостному и затем к молекулярному. Кроме этих основных видов течения отдельно рассматривают промежуточные области, в которых происходит переход от одного вида течения к другому. При относительно высоких давлениях, когда наблюдается турбулентное течение, процессы в газах подчиняются в основном тем же закономерностям» что и при нормальных давлениях.
Обычно граница перехода от турбулентного к ламинарному режиму течения характеризуется определенным значением критерия Рейнольдса
где w — скорость течения газа в м/с; d — характерный размер области течения в м; р ■—■ плотность в кг/м3; р, — коэффициент динамической вязкости в кг/(мс); V — коэффициент кинематической вязкости в м2/с
Установлено, что при Re > 2200 наблюдается устойчивое турбулентное течение и при Re < 1200 — устойчивое ламинарное течение. При 2200 > > Re >> 1200 в зависимости от реальных условий наблюдается тот или другой режим течения.
В вакуумной технике характерным параметром является количество газа, протекающего через данное сечение системы в единицу времени, которое сравнительно легко определяется. Непосредственное же измерение скорости движения газа связано с большими трудностями. В связи с этим можно преобразовать выражение для критерия Рейнольдса таким образом, чтобы в него входило количество протекающего газа — поток газа Q.
Скорость течения газа w можно выразить через объемный расход V
где F — площадь сечения трубопровода.
Тогда для цилиндра круглого сечения диаметром d
так как согласно уравнению (17)
Далее, согласно уравнению (3)
Отсюда получим
Для воздуха при 20° С для трубопровода круглого сечения
(20)
где Q выражено в мм рт. ст.-л/с; d— в см:
Применяя выражение (20), можно следующим образом определить границу между вязкостным и турбулентным режимами течения: при Q >> 20Od течение турбулентное, при Q <С 10Od—вязкостное.
При вязкостном течении длина свободного пробега молекул значительно меньше характерного размера трубопровода, но течение носит упорядоченный характер. При таких условиях хаотическое тепловое движение молекул подавляется макроскопическим движением всей массы газа, которое вызывается силой, пропорциональной перепаду давлений на концах рассматриваемого трубопровода.
Другие части:
Области течения газа при низких давлениях. Часть 1
Области течения газа при низких давлениях. Часть 2