2稀薄气体流动状态的判别

单击此处编辑标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,稀薄气体流动状态的判别,东北大学,真空系统设计,之二,稀薄气体流动状态的判别,气体流动的基本状态,气体流动状态的分类,湍流与粘滞流的转变及其判别,粘滞流与分子流的转变及其判别,稀薄气体动力学,2,气体流动的基本状态,真空系统一旦启动，系统管道中就存在定向的气体流动，即稀薄气体沿管道的流动。,气体在管道中的流动状态不同，管道的流导也不一样，也就是说，管道对气体的流动的影响，不仅取决于管道的几何形状和尺寸，还与管道中流动的气体种类、温度和压力有关。所以在计算管道对气体的流导时，首先必须判明管道中的气流是哪一种流动状态。,稀薄气体沿管道的流动与常压气体有区别也有联系，研究稀薄气体沿管道的流动是真空科学的重要内容之一。,3,气体流动状态的分类,在真空系统管路中的气流有五种流动状态：湍流(又称紊流、涡流)；湍粘滞流；粘滞流(又称层流、粘性流、泊稷叶流)；粘滞分子流；分子流(又称自由分子流、克努森流)。湍粘滞流是湍流和粘滞流之间的过渡状态。粘滞分子流是粘滞流和分子流之间的过渡状态。,湍流（,Turbulence flow,）：管道中气体的,压强和流速高，流线无规则且有旋涡,，旋涡时隐时现，流动呈不稳定状态，质点的速度急剧变化着，加速度大，,因而惯性力对流动起支配作用,。一般存在于真空系统工作初期。,4,粘滞流（,Viscous flow,）：,当压强和流速逐渐降低，流线就有规律，随管道形状变化而变化,，流动变成各部分具有不同速度的流动层。,内摩擦力对流动起支配作用,。,分子流（,Molecular flow,）：,气体压强进一步降低，当气体分子的平均自由程与管道直径相当时,，开始出现新的流动状态，气体分子间的碰撞很少，甚至可以忽略，,而气体分子依靠本身的热运动与管壁频繁碰撞,，在管道内分子密度梯度的推动下，由高压端流向低压端。这种气流是一个个分子单独运动的综合效果。,“漫反射”现象是促成分子流特殊运动规律的重要物理基础。,粘滞,分子流（,Transition flow,）：是粘滞流和分子流之间的一种中间流动状态，,压强介于粘滞流和分子流之间，不同速度层间有更多的分子交换，管壁处有滑动现象。,其研究的难点在于它跨越流体力学和统计力学两大学科。粘滞流为流体力学范畴，分子流属气体分子动力学范畴，研究方法不同,5,湍流与粘滞流的转变及其判别,雷诺数,Re,：流体加速度做功对于摩擦功的比值,u,：相对于器壁的流速；,D,：管径；,L,：管长；,M,：气体质量；,：气体密度；,：内摩擦系数,6,Q,：气体流量；,R,：气体普适常数；,T,：热力学温度,D,：管道直径；,：摩尔质量；,：内摩擦系数,7,对于室温20空气，湍流、湍粘滞流、粘滞流之间的判别式是,Q2660D,为湍流,Q1450D,为粘滞流,1450,DQ2660D,为湍粘滞流,式中,Q,通过管道的气体流量，,Pam,3,/s,D,管道的内径，,m,8,粘滞流与分子流的转变及判别,分子流流态的研究必须着眼于一个个气体分子及其行为，大量研究表明，分子平均自由程是个重要参数。目前国内外多数学者推荐的判据为：,分子流,粘滞流,粘滞,分子流,9,对于给定气体和温度,为常数,对于室温20空气,粘滞流、粘滞分子流和分子流之间的判别式是,式中,D,管道的内径，,m,P,管道中气体的平均压强，,Pa,10,讨论,谢 谢 大 家！,E N D,11,