5.2. Вязкость газов

Вязкость или внутреннее трение – это свойства жидкостей и газов оказывать сопротивление перемещению одной части относительно другой.

Сила вязкости пропорциональна перепаду скорости на единицу пути и площади поверхности пластины, т.е.

,

где – коэффициент динамической вязкости, Па·с;– скорость газа, м/с.

Согласно молекулярно-кинетической теории газов коэффициент динамической вязкости можно определить, воспользовавшись формулой:

В условиях низкого вакуума (ℓ_ср«ℓ) коэффициент вязкости не зависит от давления.

В условиях высокого вакуума (»), ввиду отсутствия потерь на взаимные столкновения, молекулярная вязкость должна быть прямо пропорциональна числу переносчиков количества движения и, следовательно, давлению газа.

В таблице 5.4 приведены значения коэффициентов динамической вязкости для некоторых газов при Т = 273К.

Таблица 5.4

Коэффициенты динамической вязкости

Газы	Н2	Не	СН4	Аr	Nе	N2	О2	СО2	воздух
η·105Н·с/м2	0,88	1,9	1,1	2,1	3,0	1,75	2,02	1,4	1,7

На рис. 5.1 представлена зависимость коэффициентов динамической вязкости η, коэффициента теплопроводности λ и коэффициента диффузии D от степени вакуума (давления).

Лекция №6

6.1. Тепловые нагрузки на криогенные вакуумные насосы

Тепловой расчет этих насосов разбивают на следующие два этапа

1) определение тепловых нагрузок на криогенную панель и теплозащитный экран;

2) определение расхода криоагентов.

Определение тепловых нагрузок на криогенную панель и теплозащитный экран

В общем виде тепловой поток (тепловая нагрузка) на криогенную панель Вт складывается из следующих основных составляющих:

,

где – тепловой поток за счет теплового излучения (5.4) или (5.5) с поверхностей, окружающих криогенную панель;– тепловой через тепловые мосты (5.6) (механические опоры и держатели криогенных панелей, подвески заливных бачков, трубки для подачи жидких криоагентов и отвода испаряющихся газов и др.);– тепловой поток за счет непрерывной конденсации откачиваемых газов (5.3);– тепловой поток за счет теплопроводности остаточных газов от стенки насоса криогенной панели (5.1) или (5.2).

При давлениях ниже 10^-2 Па основными источниками тепловых нагрузок на криогенную панель являются и.

Таким образом, для высоковакуумных систем достаточно определить

Определение расхода криоагентов

а) Охлаждение крионасоса от Т₁ до Т₂ производится только за счет теплоты испарения. При этом расчет количества испаренного хладоагента, кг может быть рассчитано из соотношения

где m – масса крионасоса, кг; r – удельная теплота испарения хладоагента, или скрытая удельная теплота парообразования, Дж/кг; – средняя по температуреудельная теплоемкость материала крионасоса, Дж/(кг·К).

В таблице 6.1 для условий атмосферного давления приведены скрытые удельные теплоты парообразования хладоагентов и количество испаряющегося хладоагента на 1Вт тепловой нагрузки.

Таблица 6.1

Скрытые удельные теплоты парообразования хладоагентов и соответствующее количество хладоагентов на 1Вт тепловой нагрузки.

Параметры	Вид сжиженного газа
	N2	Nе	Н2	Не
Температура кипения, К	77,3	27,2	20,4	4,2
Скрытая теплота парообразования, Дж/кг	200	87	450	21,6
Скрытая теплота парообразования, кДж/дм3	162	102	31,7	2,7
Количество испаряющегося хладоагента на 1Вт тепловой нагрузки, дм3/ч	0,021	0,035	0,16	1,4

б) Охлаждение осуществляется испарением и холодом, содержащихся в парах.

Если при охлаждении насоса используются как теплота испарения, так и холод, содержащийся в парах, то количество криоагента кг определяется по формуле

где Т_н – начальная температура, К; Т_и – температура испарения, К; Т_п - температура панели, К; – средняя удельная приэнтальпия охлаждающего газа, Дж/кг.

Массовый расход кг/с испаряемого в крионасосе криоагента во время его работы определяется по формуле: