抽气时间与压强的计算.ppt

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1、抽气时间与压强的计算东北大学《真空系统设计》之四抽气时间与压强的计算真空技术基本方程亚稳态流动条件泵的有效抽速真空系统抽气方程抽气时间计算低真空抽气时间计算高真空抽气时间计算抽气过程中容器内压强的计算2真空系统最主要的性能参数：极限真空度：是指在没有外加负荷的情况下，经过足够长时间的抽气后，系统所能达到的最低压力。有效抽速：是指在容器出口处的压力下，单位时间内真空系统能够从被抽容器中所抽除的气体体积。真空系统对容器的有效抽速不仅取决于真空泵的抽速，也取决于真空系统管路对气体的导通性能，即所说的流导。抽气时间：是指从大气压抽空到所需压强为止的时间。真空技术基本方程3真空系统抽气的亚稳态流

2、动条件：真空系统在抽到所需要的真空度之前，都处于压强逐渐降低的过程中，即系统内的压力随时间变化。这一过程属于非稳态过程，其中的气体流动属于非稳定流动。当抽除的气体流量等于系统中的放气流量时，系统内各处的压强不在变化，即稳定流动。计算抽气时间一般指从大气压开始抽空到所需压强为止的时间，这一过程属于非稳定流动过程，需要求解复杂的微分方程，比较困难，因此人们把满足一定条件的非稳定流动近似看做为稳定流动来计算，称为亚稳态流动。4如果真空系统满足以下两个条件，抽气过程为亚稳定流动的过程。（1）容器的容积大于管道的容积。（2）抽气过程进行的很慢。5泵的有效抽速如果用Se来表示真空系统对容器的有效抽

3、速，用Sp表示真空泵的抽速，C表示真空容器出口到真空泵入口之间管路的流导，则有如果知道泵的抽速Sp和管路的流导C，就可以计算出系统对容器有效抽速，这个方程被称为真空技术基本方程。6有效抽速小于泵的抽速，也小于管道的流导如果管路的流导C远大于泵的抽速Sp，则Sp/C的值远小于1，此时真空系统对容器的有效抽速Se≈Sp。这就是说为了充分发挥泵对容器的抽气作用，在设计真空系统管路时，应使管路的流导尽可能大一些。因此真空管路应该粗而短，切不可细而长。这是设计连接管道时的一条重要原则。如果管路的流导C远小于泵的抽速Sp，则C/Sp的值远小于1，此时真空系统对容器的有效抽速Se≈C，这就是说,在这

4、种情况下,选择多大的泵都没有用，都不能提高泵对容器的有效抽速。78真空系统抽气方程真空泵的气体负荷主要来自真空室内的各种气体，包括：(1)被抽容器内原有的空间大气。若容器的容积为Vm3，抽气初始压强为P0Pa，则容器内原有的空间大气量为VP0Pa·m3；(2)被抽容器被抽空后各种材料的放气。单位时间内的放气流量可以用QfPa·m3/s来示；实验表明，材料表面单位时间内单位表面积的放气率q可以用下面的经验公式来计算9式中：q1是抽空1h后放气速率，Pa·m3/(m2·s)；q0是抽空时间无限长之后材料表面的放气速率，Pa·m3/(m2·s)；t是抽空时间，h；是与材料种类及其预处理状况有

5、关的放气时间指数，值在0.5～2之间变化。真空室内暴露于真空下的构件表面可能有多种材料，总的表面放气流量Qf为:式中：Ai是第i种材料暴露在真空下的表面积，m2；q1i是第i种材料在抽空1h后的表面放气速率，Pa·m3/(m2·s)；βi是第i种材料的放气时间指数；Q0是抽气时间无限长后总的放气流量，Pa·m3/s；t是抽空时间，h。10(3)大气通过容器壁结构材料向真空室内渗透的气体流量Qs，Pa·m3/s。(4)液体或固体蒸发的气体流量Qz，Pa·m3/s。(5)大气通过各种真空密封的连接处，通过各种漏隙通道泄漏进入真空室的漏气流量QL，Pa·m3/s。11真空系统的抽气方程当真空

6、泵启动之后，真空系统即对被抽容器抽气。此时，真空系统对容器的有效抽速若以Se表示，容器中的压力以P表示，则单位时间内系统所排出的气体流量即是SeP。容器中的压强变化率为dP/dt,容器内的气体减少量即是VdP/dt。根据动态平衡，可列出如下方程:这个方程称为真空系统抽气方程。12式中：V是被抽容器的容积，由于随着抽气时间t的增长，容器内的压力P降低，所以容器内的压强变化率dP/dt是个负值。因而VdP/dt是个负值，这表示容器内的气体减少量。放气流量Qf，渗透气流量Qs，蒸发的气流量Qz和漏气流量QL都是使容器内气体量增多的气流量。SeP则是真空系统将容器内气体抽出的气流量，所以方程中

7、记为-SeP。对于设计制造良好的真空系统，放气、渗气、漏气和蒸发的气体流量微小，在抽气初始阶段的气体负荷主要是容器内原有的空间大气。而当抽至1-10-1Pa时，容器中残存的气体主要是漏放气。排气流量大时，漏放气可以忽略，当排出气体主要是漏放气时，抽气过程可能很慢。13低真空抽气时间的计算：从大气压到0.5Pa范围的抽气为低真空抽气阶段，一般用油封式机械泵和分子筛吸附泵来完成。油封式机械泵在大气压到100Pa范围抽速近似为常数，100-0.5Pa