Федеральное агентство по образованию

Рязанский Государственный

Радиотехнический Университет

Кафедра ПЭл

Курсовой проект

на тему

“Проектировка и расчёт элементов вакуумной установки на высокий вакуум с предельным давлением 1·10^-5 Па”

Выполнил:

ст. гр. 924

Рыжков С.М.

Проверил:

Шадрин Н. И.

Рязань 2012 год.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Задание………………………………………………………………......3

2. Введение………………………………………………………………3-7

3. Схема вакуумной установки…………………………………………7-8

4. Расчет стационарного газового потока…………………………….8-10

5. Выбор высоковакуумного насоса…………………………………......10

6. Выбор насоса для работы в области среднего и низкого вакуума….11

7. Определение конструктивных размеров трубопроводов и выбор элементов вакуумной системы, расчёт распределения давления:

а) высоковакуумная система…………………………………......12-14

б) низковакуумная система………………………………………14-16

8. Кривые соответствия насосов……………………………………….....17

9. Время откачки до стационарного режима…………………………….18

10. Последовательность включения и выключения системы…….....18-19

11. Заключение…………………………………………………………19-20

12. Список используемой литературы………………………………........20

Задание.

Сконструировать и провести расчет элементов высоковакуумной системы на предельный вакуум 10^-5 Па. Камера имеет размеры: диаметр d=0.5 м; высота h= 0.75 м; выполнена из нержавеющей стали. Для герметизации соединений используются медные прокладки. Рассчитать время откачки до стационарного режима. Предусмотреть сокращение времени откачки при смене объекта откачки. Камера должна иметь 5 высокотемпературных токовводов.

Графический материал: схема установки, распределение давления от камеры до насоса предварительного разрежения.

Введение.

Вакуум - состояние газа, при котором его давление существенно ни­же атмосферного. Область давлений, с которой имеет дело вакуумная тех­ника, охватывает диапазон от 10⁵ до 10^-12 Па. Степень вакуума характе­ризуется коэффициентом Кнудсена Кn, величина которого определяется от­ношением средней длины свободного пробега молекул газа к линейному эффективному размеру вакуумного элемента L_эф:

Понятие о степенях ваккума

Д авление газа определяется изменением количества движения молекул за единицу времени на единице поверхности стенки. Это изменение характеризуется количеством столкновений газовых молекул со стенкой, которое будет зависть от концентрации молекул и объема вакуумного сосуда, т.е. от геометрических размеров сосуда.

Уменьшая размеры сосуда, тем самым уменьшаем количество молекул, соударяющихся с поверхностью (стенкой) сосуда.

Таким образом, давление газа на поверхность будет характеризоваться соотношением числа столкновений молекул на поверхности сосуда N_s к числу столкновений в объеме N_v

N_v  число столкновений молекул в объёме V. Объём определяется характеристическим размером сосуда L.

N_s  число столкновений молекул на стенки сосуда.

Число столкновений молекулы в объёме за единицу времени .

,

где υ_м – средняя скорость молекул газа, - длина свободного пробега молекул.

В единицу времени в единице объема число столкновений

.

Тогда общее число столкновений молекул в объеме V

N_v = n (1)

Число столкновений молекул с единицей площади в единицу времени определяется потоком молекул на единичную площадь

N_1s = ,

а на площади S

N_s = .

Отношение числа столкновений на площадь S к числу столкновений в объёме V называется критерием Кнудсена и характеризует степень вакуума.

.

Величину , определяемую чисто геометрическими размерами сосуда называют эффективным или характеристическим размером сосуда.

Таким образом, критерий Кнудсена k_n , определяемый отношением средней длины свободного пробега молекул газа к линейному эффективному размеру L, существенному для происходящего в нем физического процесса, характеризует степень вакуума в сосуде.

Если взаимные столкновения между молекулами газа преобладают над столкновениями молекул со стенками, т.е.  << L , то критерий Кнудсена Kn << 1 , а точнее Kn  510^-3 , то такой вакуум называется низким. Если критерий Кнудсена Kn  1,5 , то вакуум называется высоким. И если

510-3<Kn<1,5 , то это средний вакуум .