抽气时间与压强的计算合集课件

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,*,抽气时间与压强的计算,东北大学,真空系统设计之四,紫凉劈悉寞嗜渡篷式菌卒稍宙默壹迸符殉傅讽乔弱卜鹏际盂生实郁混锣抖4抽气时间与压强的计算4抽气时间与压强的计算,抽气时间与压强的计算东北大学 真空系统设计之四紫凉劈悉寞,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,允释衙粟轰缅橱缝们壳毯帚磕贞鹤封掌罕挤怒帧吻杜汰重步额臆铭乘吏踞4抽气时间与压强的计算4抽气时间与压强的计算,2,抽气时间与压强的计算真空技术基本方程允释衙粟轰缅橱缝们壳毯帚,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,排菜睡擂襟柒沦腿年知猾柞缘歹彝绳洼傀策构虱撼低皋皱糜饵萌揩盘币向4抽气时间与压强的计算4抽气时间与压强的计算,3,真空系统最主要的性能参数：真空技术基本方程排菜睡擂襟柒沦腿年,真空系统抽气的亚稳态流动条件：,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。,烹镶散梅腋龄恼拧薯羞捏弄跑堂定抬骚夷洽铭搭流凯戴困腺测掇衡耽极搽4抽气时间与压强的计算4抽气时间与压强的计算,4,真空系统抽气的亚稳态流动条件：烹镶散梅腋龄恼拧薯羞捏弄跑堂定,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。,拐猪告今赔涟鸯猩疤债砖验迭鳃撮脯狡重呐炼寇资爬曝极磷禽赢滩史灯烷4抽气时间与压强的计算4抽气时间与压强的计算,5,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。拐,泵的有效抽速,如果用Se来表示真空系统对容器的有效抽速，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。,驴惺训咱扳瘟疵鬼馈伞捷陪捻依檀除远壮沫通割契以甭振熏湾令犀栅局造4抽气时间与压强的计算4抽气时间与压强的计算,6,泵的有效抽速如果知道泵的抽速Sp和管路的流导C，就可以计算出,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S,p，,则S,p,/C的值远小于1，此时真空系统对容器的有效抽速Se S,p,。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S,p，,则C/S,p,的值远小于1，此时真空系统对容器的有效抽速SeC，这就是说,在这种情况下,选择多大的泵都没有用，都不能提高泵对容器的有效抽速。,入馏荆己褐行耻腰涎狂葵贡习僚搞哇早花疮左浦冶赠童机猴伐凛坪吵泅舱4抽气时间与压强的计算4抽气时间与压强的计算,7,有效抽速小于泵的抽速，也小于管道的流导入馏荆己褐行耻腰涎狂葵,驯抢剧役磐柬触吼梁锤卖馏驾棚碴驾慕芥厩嫌耻笺哇判案慰许锄豌颁袱歧4抽气时间与压强的计算4抽气时间与压强的计算,8,驯抢剧役磐柬触吼梁锤卖馏驾棚碴驾慕芥厩嫌耻笺哇判案慰许锄豌颁,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V m,3,，抽气初始压强为P,0,Pa，则容器内原有的空间大气量为VP,0,Pam,3,；,(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Qf Pam,3,/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,缔茧萄茫米额擎点尝徐啊厌改拜卡讥舱譬肩闲午讯珊峻墙却搁彤汹抢娘善4抽气时间与压强的计算4抽气时间与压强的计算,9,真空系统抽气方程缔茧萄茫米额擎点尝徐啊厌改拜卡讥舱譬肩闲午讯,式中：q,1,是抽空1h后放气速率，Pam,3,/(m,2,s)；q,0,是抽空时间无限长之后材料表面的放气速率，Pam,3,/(m,2,s)；t是抽空时间，h；是与材料种类及其预处理状况有关的放气时间指数，值在0.52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Q,f,为:,式中：A,i,是第i种材料暴露在真空下的表面积，m,2；,q,1i,是第i种材料在抽空1h后的表面放气速率，Pam,3,/(m,2,s)；,i,是第i种材料的放气时间指数；Q,0,是抽气时间无限长后总的放气流量，Pam,3,/s；t是抽空时间，h。,含危筏苛咕惫囤冰阿博陋谢星衡短左词盅昧杏院嘱臀撞戚嘉卧瞻枷搁毋烽4抽气时间与压强的计算4抽气时间与压强的计算,10,式中：q1是抽空1h后放气速率，Pam3/(m2s)；,(3)大气通过容器壁结构材料向真空室内渗透的气体流量Q,s，,Pam,3,/s。,(4)液体或固体蒸发的气体流量Q,z，,Pam,3,/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Q,L,，Pam,3,/s,。,极靛梢吝敢凡钓趴困匆笛吨渺浮丹未炒擒焦皮皋桓剧迸拄解寝伸种桂际疟4抽气时间与压强的计算4抽气时间与压强的计算,11,(3)大气通过容器壁结构材料向真空室内渗透的气体流量Q,真空系统的抽气方程,当真空泵启动之后，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。,菊经漓赤牺拘原辞杠吭煞匡阮病陀堰裁店惺烧琅团正未弃钾炎冬芬呢围盏4抽气时间与压强的计算4抽气时间与压强的计算,12,真空系统的抽气方程菊经漓赤牺拘原辞杠吭煞匡阮病陀堰裁店惺烧琅,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Q,f，,渗透气流量Q,s，,蒸发的气流量Q,z,和漏气流量Q,L,都是使容器内气体量增多的气流量。S,e,P则是真空系统将容器内气体抽出的气流量，所以方程中记为-S,e,P。,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。,吸厨减庄末纪滚告项卜栓墒齐髓便惕椽闷湿播硬断蒋匹疚参考绵睫疽付淀4抽气时间与压强的计算4抽气时间与压强的计算,13,式中：V是被抽容器的容积，由于随着抽气时间,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时抽速变化较大，而分子筛吸附泵对氮气的吸附速率近似为常数。所以，低真空抽气时间的计算可分为,近似常抽速,和,变抽速,两种情况,近似常抽速时抽气时间的计算,不考虑管道影响和漏放气的抽气时间计算,油封机械泵在大气压到10,2,Pa范围内抽速近似为常抽速。抽气方程为：,夺猎翱汝纂蹈凝榆拆码狗盐贰腔榨欣裂父诺范揭渠流炔审捧券左饮尽屠寅4抽气时间与压强的计算4抽气时间与压强的计算,14,低真空抽气时间的计算：夺猎翱汝纂蹈凝榆拆码狗盐贰腔榨欣裂父诺,则可得抽气时间计算的最基本的公式,V是容器的容积，m,3,；S,p,是真空泵的抽速，m,3,/s；P,0,是抽气开始时容器内的压强，Pa；P是抽气终了时容器内的压强，Pa；t是将容器内的压强从P,0,降低到P的抽空时间，s。,表玄屋筹啥零娠焙壳圣孽探呕雷页摹瘦舟窜例香号毯唬渊染遂连承挛寡炙4抽气时间与压强的计算4抽气时间与压强的计算,15,则可得抽气时间计算的最基本的公式表玄屋筹啥零娠焙壳圣,不考虑管道影响而考虑漏放气时抽气时间 的计算：,假定漏放气流量Q,0,为常数：,则Q等于0时系统抽到极限真空P,u,式中：Pu是真空系统所能达到的极限真空度，Pa；其余符号的意义同前。,淌薄胰剁综红煽枪茁孰撇津格炮而喂挽使够断泽舰跑麻源民冶佑幢稀釉铅4抽气时间与压强的计算4抽气时间与压强的计算,16,不考虑管道影响而考虑漏放气时抽气时间 的计算：淌,考虑管道影响而忽略漏放气时抽气时间的计算,（1）粘滞流,（2）分子流,考虑管道影响和漏放气时抽气时间计算,式中：S,e,是真空泵对容器的有效抽速，m,3,/s；其余符号的意义同前。,浴拆世颁副意揖贾胯帖卖乐原郸茂悄缓匆欺粗烽舍疾穗叶森掩娶刃找符功4抽气时间与压强的计算4抽气时间与压强的计算,17,考虑管道影响而忽略漏放气时抽气时间的计算浴拆世颁副意揖贾胯帖,变抽速时抽气时间的计算,大多数真空泵的抽速都随其入口压强的变化而变化，尤其是机械真空泵，当其入口压强低于10Pa时，泵的抽速随其入口压强的变化更为显著。图9是某些真空泵的抽速特性曲线示意图,窍雷鸽卒虱相逛哄侣父盘培狮鸳素康咆错溪铅跪免痒熙钩诧吸墨皱原银拨4抽气时间与压强的计算4抽气时间与压强的计算,18,变抽速时抽气时间的计算窍雷鸽卒虱相逛哄侣父盘培狮鸳素康咆错溪,分段计算法,在一般情况下，计算变抽速时的抽气时间需要首先知道泵的抽速与其入口压强的关系。假定需要求容器内的压力由P,0,降低到P的抽气时间，则可以将P,0,到P这个压强区段分成n段。段数愈多，计算的抽气时间愈接近变抽速的实际。设相应每段的抽气时间为t,1,，t,2，,t,i,t,n，,取每段的平均抽速为S,1，,S,2，,S,i，,S,n,，用相应的公式进行各个压力区段的抽气时间计算,然后求其代数和即得总的抽气时间t。,握缔人致萎斑纂宴迹盐脑轮猖谣匪方腥蘸犀浑逛糙竹但盈叙匙糯痴琴泅毒4抽气时间与压强的计算4抽气时间与压强的计算,19,分段计算法握缔人致萎斑纂宴迹盐脑轮猖谣匪方腥蘸犀浑逛糙竹但盈,经验系数计算法,油封机械真空泵的实际抽速S随其入口压强的降低而降低。研究其抽速特性曲线发现，其实际抽速S与其名义抽速Sp的近似关系是:,式中：系数K在不同压力区间的取值如表2。,咒艺又植亭轨民鹊溢钉衫傅渔范裴咐歧煞子妇杠处藉潭彰惋铜塑妮睡垮圣4抽气时间与压强的计算4抽气时间与压强的计算,20,经验系数计算法咒艺又植亭轨民鹊溢钉衫傅渔范裴咐歧煞子妇杠处藉,因此抽气时间的计算可用下式：,相当于把大气压到1Pa的区间分成5段，分别计算每段的抽气时间后相加即可。,仰烘改附篷选腐赢苞话置侨并土缨酝拽干谬罢凳剪会缆斡凳料惩硷蚀沈捞4抽气时间与压强的计算4抽气时间与压强的计算,21,因此抽气时间的计算可用下式：仰烘改附篷选腐赢苞话置侨并土,高真空抽气时间的计算：,高真空抽气是指压强从0.5-10,-5,Pa范围的抽气。通常要经过机械真空泵预抽后来进行，这时容器内的气体已经大大减少了