19.Переходный молекулярно-вязкостный режим течения газа. Проводимость трубопровода при молекулярно-вязкостном режиме течения.

Между областями низкого и высокого вакуума имеет место переходный режим течения или по-другому он называется молекулярно-вязкостный. Критерием, определяющим режим течения газа является число Рейнольдса:

Где – средняя скорость течения газа; D – линейный размер трубопровода (в случае цилиндриеского трубопровода – его диаметр); ρ – плотность газа; Ƞ - коэффициент его динамической вязкости. Критическим значением числа Рейнольдса, выше которого может быть только турбулентный режим , для газов принимается равным 2200. В условиях, соответствующих малым значениям числа рейнольдса, течение газа ламинарное. Переход от турбулентного режима к ламинарному и наоборот происходит при критическом значении числа Рейнольдса достаточно резко. При дальнейшем понижении давления течения откачиваемого газа осуществляется в переходном молекулярно-вязкостном режиме, а затем переходит в молекулярный режим.

Области режимов течения при расчётах проводимости трубопроводов различают числом КнудсенаKn. Так в случае цилиндрических трубопроводов принимают, что вязкостный ламинарный режим течения имеет место при Kn<0,01, молекулярный – приKn>0,33, переходному режиму соответствует 0,01<Kn<0.33.

Также промежуточный молекулярно-вязкостный режим течения реализуется при

Проводимость трубопровода вакуумной системы прежде всего зависит от режима течения газа, расчитав его выбираются соответствующие формулы. В области молекулярно-вязкостного режима течения газа проводимость трубопровода рассчитывается по полуэмпирической формуле Кнудсена:

Если трубопровод диаметром Dимеет изгибы под углом 90 градусов, то при молекулярно-вязкостном режиме это учитывается как удлинение трубопровода на 1,33 диаметра при каждом изгибе:

Где i – число изгибов трубопровода.

Для определения проводимости трубопровода при температуре , отличной от комнатной, используется температурный коэффициент

И проводимость вычисляется по формуле

При расчёте проводимости по определённому газу, который может преобладать в откачиваемых, также вводится поправочный коэффициент:

Где ;μ_в =29 ∙10^-3 кг\моль – молярная масса воздуха, μ – молярная масса откачиваемого газа.

26.Эжекторные вакуумные насосы. Низкотемпературные струйные насосы.

ЭЖЕКТОРНЫЕ ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ

В основу принципа действия эжекторных насосов положено вязкостное взаинодействие откачиваемого газа со струёй пара в области низкого вакуума. Молекулы, находящиеся в слое, граничащем с паровой струёй, увлекаются струёй за счёт пониженного давления влизи струи и за счёт внутреннего трения увлекаются другие слои газа. Ламинарный режим течения парового и газового потоков может переходить в турбулентный. При этом некоторая часть газа захватывается, захлопывается и уносится завихрениями струи.

Данные насосы предназначены для откачки воздуха и других газов от атмосферного давления до 100 Па.

Рабочее вещество, попадая через сопло 1 под давлением 2.5 10⁵ Па в камеру смешения и расширяясь, а затем в диффузор 2 увлекает воздух. В результате этого создаётся вакуум в линии клапана 8. В диффузоре статическое давление смеси воды и газа за счёт уменьшения скорости повышается до атмосферного давления. Смесь воды с газом стекает в бачок 3, откуда стекает в дренажную линию, подсоединённую к патрубку 4.

Для выхода газа из бачка во фланце 5 предусмотрено отверстие. Насос присоединяется к вакуумной системе через кран 8. Резервуар 7 предназначен для приёма воды, засасываемой через диффузор бочка в случае аварийного прекращения её подачи. Через кран 6 подаётся воздух в резервуар при остановке насоса, а также предотвращает всасывание воды.

Производительность насоса возрастает с повышением давления воды. Предельное остаточное давление насоса практически равно упругости пара воды и увеличивается с повышением её температуры.

Водоструйные насосы часто применяются в системах безмасляной откачки, последней ступени пароэжекторного насоса.

Пароэжекторные насосы предназначаются для безмасляной откачки больших сосудов до давлений 1-10^-1 Па. Пароэжекторные насосы могут быть с одной ступенью, двух и более ступенчатыми присоединёнными последовательно друг другу.

НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ СТРУЙНЫЕ НАСОСЫ

Пароструйные насосы, в особенности диффузионные в настоящее время являются самими распространёнными средствами откачки при получении высокого вакуума, что объясняется простотой их конструкции и надёжностью в работе. Однако пароструйные насосы имеют ряд недостатков; главные из них – миграция в откачиваемый объём паров рабочей жидкости и необходимость вертикального расположения насоса. Применение же вакуумных ловушек приводит к существенному снижению быстроты действия пароструйных насосов. В последнее время ведутся исследования в области разработки низкотемпературных струйных насосов. В отличии от обычных пароструйных насосов в низкотемпературных струйных насосах рабочий газ или пар переходит на охлаждаемых стенках не в жидкую фазу, а в твёрдую. Это позволяет присоединить такой насос непосредственно к откачиваемому объекту в любом положении и таким образом полностью использовать его производительность.

1 -корпус,2-вход криогента,3 – сопло, 4 – выход криогента, 5 выход откачиваемого газа, 6 – рубашка охлаждения, 7 – теплоизоляция, 8 подача рабочего газа, 9 – вход откачиваемого газа.

Цилиндрический корпус 1 охлаждается криогентом , который пропускается через рубашку охлаждения 6. Через сопло 3 в камеру насоса вводится струя рабочего газа, имеющего при температуре кипения криогента низкое давление насыщенного пара. Струя производит откачку, рабочий газ вымораживается на стенках корпуса насоса, а откачиваемый газ отводится через выпускной патрубок форвакуумным насосом. В зависимости от велечины впускного давления откачка осуществляется либо в режиме диффузионного либо в режиме инжекторного насосов.

В качестве рабочих газов могут исп-ся углекислый газ, аммиак, водяной пар. При использовании в качестве рабочего газа водяного пара достигается предельное остаточное давление 2,6∙10^-5 Па и обеспечивается быстрота действия насоса 500 дм³\с. Существенным недостатком низкотемпературных струйных насосов является ограниченный ресурс работы из-за нарастания слоя конденсата и необходимости использования рабочих газов с очень малым кол-вом неконденсирующихся примесей.