Реферат: Вязкость газов в вакуумной технике
Вязкостьгазов в вакуумной технике .При перемещение твердого тела соскоростью <img src="/cache/referats/12516/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025"> за счет передачи количества движения молекулам газа возникаетсила внутреннего трения
В области низкого вакуума весь газмежду подвижной 2 и неподвижной 1 пластинами ( рис 1 ) можно разделить на слоитолщиной <img src="/cache/referats/12516/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026"> , где <img src="/cache/referats/12516/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1027"> – средняя длинасвободного пути. Скорость движения каждого слоя различна и линейно зависит от расстояния между поверхностямипереноса. В плоскости <img src="/cache/referats/12516/image007.gif" v:shapes="_x0000_i1028"> происходятстолкновения молекул, вылетевших из плоскостей <img src="/cache/referats/12516/image009.gif" v:shapes="_x0000_i1029"> и <img src="/cache/referats/12516/image011.gif" v:shapes="_x0000_i1030"> . Причинойвозникновения силы вязкостного трения является, то что движущиеся как единое целое отдельные слои газа имеютразную скорость, вследствие чего происходит перенос количества движения изодного слоя в другой .
Изменение количества движения врезультате оного столкновения равно <img src="/cache/referats/12516/image013.gif" v:shapes="_x0000_i1031"> . Принимая, что всреднем в отрицательном и положительном направление оси <img src="/cache/referats/12516/image015.gif" v:shapes="_x0000_i1032"> в единицу времени единицу площади в плоскости <img src="/cache/referats/12516/image007.gif" v:shapes="_x0000_i1033"> пересекают <img src="/cache/referats/12516/image017.gif" v:shapes="_x0000_i1034"> молекул получим общееизменение количества движения в единицу времени для плоскости <img src="/cache/referats/12516/image007.gif" v:shapes="_x0000_i1035"> :
<img src="/cache/referats/12516/image020.gif" v:shapes="_x0000_i1036"> ( 1 ) .
Сила тренияпо всей поверхности переноса, согласно второму закону Ньютона, определяетсяобщим изменение количества движения в единицу времени :
<img src="/cache/referats/12516/image022.gif" v:shapes="_x0000_i1037"> ( 2 ),
где <img src="/cache/referats/12516/image024.gif" v:shapes="_x0000_i1038"> – площадь поверхностипереноса ; <img src="/cache/referats/12516/image026.gif" v:shapes="_x0000_i1039"> – коэффициент динамической вязкости газа :
<img src="/cache/referats/12516/image028.gif" v:shapes="_x0000_i1040"> ( 3 )
Отношение <img src="/cache/referats/12516/image030.gif" v:shapes="_x0000_i1041"> называют коэффициентомкинематической вязкости
Более строгий вывод, в котором учтензакон распределения скоростей и длин свободного пути молекул, дает
<img src="/cache/referats/12516/image032.gif" v:shapes="_x0000_i1042"> ,
чтомало отличается от приближенного значения
Если в ( 3 ) подставить значениязависящих от давления переменных <img src="/cache/referats/12516/image034.gif" v:shapes="_x0000_i1043"> , то
<img src="/cache/referats/12516/image036.gif" v:shapes="_x0000_i1044"> . ( 7 )
Согласнополученному выражению, коэффициент динамической вязкости при низком вакууме независит от давления .
Температурную зависимость коэффициентавязкости можно определить. если подставить в ( 3 ) <img src="/cache/referats/12516/image038.gif" v:shapes="_x0000_i1045"> и <img src="/cache/referats/12516/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1046"> соответственно изформул :
<img src="/cache/referats/12516/image041.gif" v:shapes="_x0000_i1047"> ( 6 )
и
<img src="/cache/referats/12516/image043.gif" v:shapes="_x0000_i1048">
в формулу ( 3 ). Отсюда имеем :
<img src="/cache/referats/12516/image045.gif" v:shapes="_x0000_i1049"> ( 4 )
Всоответствие с ( 4 ) <img src="/cache/referats/12516/image026.gif" v:shapes="_x0000_i1050"> зависит от <img src="/cache/referats/12516/image047.gif" v:shapes="_x0000_i1051"> , где <img src="/cache/referats/12516/image015.gif" v:shapes="_x0000_i1052"> изменяется от ½ при высоких температурах <img src="/cache/referats/12516/image050.gif" v:shapes="_x0000_i1053"> до <img src="/cache/referats/12516/image052.gif" v:shapes="_x0000_i1054"> при низкихтемпературах при <img src="/cache/referats/12516/image054.gif" v:shapes="_x0000_i1055"> . Во всех случаяхкоэффициент динамической вязкости увеличивается при повышение температуры газа.
Значениякоэффициентов динамической вязкости для некоторых газов при <img src="/cache/referats/12516/image056.gif" v:shapes="_x0000_i1056"> даны в таблице .
ТАБЛИЦА 1Коэффициенты динамической вязкости
Газ
<img src="/cache/referats/12516/image058.gif" v:shapes="_x0000_i1057">
<img src="/cache/referats/12516/image060.gif" v:shapes="_x0000_i1058">
<img src="/cache/referats/12516/image062.gif" v:shapes="_x0000_i1059">
<img src="/cache/referats/12516/image064.gif" v:shapes="_x0000_i1060">
<img src="/cache/referats/12516/image066.gif" v:shapes="_x0000_i1061">
<img src="/cache/referats/12516/image068.gif" v:shapes="_x0000_i1062">
<img src="/cache/referats/12516/image070.gif" v:shapes="_x0000_i1063">
<img src="/cache/referats/12516/image072.gif" v:shapes="_x0000_i1064">
<img src="/cache/referats/12516/image074.gif" v:shapes="_x0000_i1065">
воздух
<img src="/cache/referats/12516/image076.gif" v:shapes="_x0000_i1066">
0.88
1.90
1.10
2.10
3.00
1.75
1.70
2.02
1.40
1.70
Для двухкомпонентной смесикоэффициент динамической вязкости рассчитывается по формуле :
<img src="/cache/referats/12516/image078.gif" v:shapes="_x0000_i1067"> ,
где <img src="/cache/referats/12516/image080.gif" v:shapes="_x0000_i1068"> ; <img src="/cache/referats/12516/image082.gif" v:shapes="_x0000_i1069"> ; <img src="/cache/referats/12516/image084.gif" v:shapes="_x0000_i1070"> ; <img src="/cache/referats/12516/image086.gif" v:shapes="_x0000_i1071"> ; <img src="/cache/referats/12516/image088.gif" v:shapes="_x0000_i1072"> и <img src="/cache/referats/12516/image090.gif" v:shapes="_x0000_i1073"> находят из формулы <img src="/cache/referats/12516/image092.gif" v:shapes="_x0000_i1074"> . Величина <img src="/cache/referats/12516/image026.gif" v:shapes="_x0000_i1075"> в этом случае зависитот состава газовой смеси .
В областивысокого вакуума молекулы газа перемещаются между движущейся поверхностью инеподвижной стенкой без соударения. В этом случае силу трения можно рассчитатьпо уравнению :
<img src="/cache/referats/12516/image094.gif" v:shapes="_x0000_i1076"> ( 5 )
Знак « – »в формуле ( 5 ) означает, что направление силы трения противоположнонаправлению переносной скорости <img src="/cache/referats/12516/image096.gif" v:shapes="_x0000_i1077"> .
Сила тренияв области высокого вакуума пропорциональна молекулярной концентрации илидавлению газа. Уравнение ( 5 ) с учетом ( 6 ) можно преобразовать к следующемувиду :
<img src="/cache/referats/12516/image098.gif" v:shapes="_x0000_i1078"> , ( 9 )
откуда видно, что сила трения возрастает пропорциональнокорню квадратному из абсолютной температуры .
В областисреднего вакуума можно записать аппроксимирующее выражение. рассчитываяградиент переносной скорости в промежутке между поверхностями переноса последующей формуле:
<img src="/cache/referats/12516/image100.gif" v:shapes="_x0000_i1079"> ,
где <img src="/cache/referats/12516/image102.gif" v:shapes="_x0000_i1080"> – расстояние междуповерхностями переноса. Тогда с учетом ( 7 ) сила трения в области среднеговакуума :
<img src="/cache/referats/12516/image104.gif" v:shapes="_x0000_i1081"> ( 8 ).
Легкозаметить, что в условиях низкого вакуума при <img src="/cache/referats/12516/image106.gif" v:shapes="_x0000_i1082"> формула ( 8 ) с ( 2 ), а в условиях высокого вакуума при <img src="/cache/referats/12516/image108.gif" v:shapes="_x0000_i1083"> с (9) .
Зависимостьот давления силы трения тонкой пластины площадью <img src="/cache/referats/12516/image110.gif" v:shapes="_x0000_i1084"> , движущейся в воздухепри <img src="/cache/referats/12516/image112.gif" v:shapes="_x0000_i1085"> со скоростью <img src="/cache/referats/12516/image114.gif" v:shapes="_x0000_i1086"> , при расстояние междуповерхностями переноса <img src="/cache/referats/12516/image116.gif" v:shapes="_x0000_i1087"> показана на рис 2 .
Вязкостьгазов используется для измерения давлений в области среднего и высокого вакуума, однако вязкостные манометры не получили пока широкого применения из-задлительности регистрации давления. Гораздо шире явление вязкости используется в технологииполучения вакуума. На этом принципе работают струйные эжекторные насосы,выпускаемые промышленностью для работы в области низкого вакуума .
Рис 1. Расчетная схема дляопределения коэффициента вязкости в газах при низком давление в вакууме .L L
1
2
<img src="/cache/referats/12516/image124.gif" " v:shapes="_x0000_s1026 _x0000_s1027 _x0000_s1029 _x0000_s1031 _x0000_s1032 _x0000_s1033 _x0000_s1034 _x0000_s1035 _x0000_s1036 _x0000_s1037 _x0000_s1038 _x0000_s1039 _x0000_s1040 _x0000_s1041 _x0000_s1043 _x0000_s1044 _x0000_s1045 _x0000_s1046 _x0000_s1047 _x0000_s1048 _x0000_s1052 _x0000_s1053 _x0000_s1054 _x0000_s1055">Рис 2. Сила трения,возникающая при движении тонкой пластины в вакууме .
При <img src="/cache/referats/12516/image126.gif" v:shapes="_x0000_i1088"> , <img src="/cache/referats/12516/image056.gif" v:shapes="_x0000_i1089"><img src="/cache/referats/12516/image129.gif" v:shapes="_x0000_i1090"> ,<img src="/cache/referats/12516/image131.gif" v:shapes="_x0000_i1091"> , <img src="/cache/referats/12516/image133.gif" v:shapes="_x0000_i1092"> .
<img src="/cache/referats/12516/image139.gif" v:shapes="_x0000_s1057 _x0000_s1058 _x0000_s1059 _x0000_s1060 _x0000_s1061 _x0000_s1062 _x0000_s1064 _x0000_s1069 _x0000_s1075 _x0000_s1076 _x0000_s1077 _x0000_s1078 _x0000_s1079">
<div v:shape="_x0000_s1072">
<img src="/cache/referats/12516/image141.gif" v:shapes="_x0000_i1110">
<img src="/cache/referats/12516/image141.gif" v:shapes="_x0000_i1111">
<div v:shape="_x0000_s1071"><img src="/cache/referats/12516/image143.gif" v:shapes="_x0000_i1109">
<div v:shape="_x0000_s1070"><img src="/cache/referats/12516/image145.gif" v:shapes="_x0000_i1107">
<img src="/cache/referats/12516/image141.gif" v:shapes="_x0000_i1108">
<div v:shape="_x0000_s1073"><img src="/cache/referats/12516/image145.gif" v:shapes="_x0000_i1106">
<div v:shape="_x0000_s1074"><img src="/cache/referats/12516/image148.gif" v:shapes="_x0000_i1105">
Оглавление :
TOC o «1-1» Вязкость газов в вакуумной технике… PAGEREF_Toc9679632 h 1
ТАБЛИЦА 1… PAGEREF_Toc9679633 h 3
Рис 1. Расчетная схема для определения коэффициента вязкости в газах принизком давление в вакууме… PAGEREF_Toc9679634 h 5
Рис 2. Сила трения, возникающая при движении тонкой пластины в вакууме . PAGEREF_Toc9679635 h 6
Оглавление :… PAGEREF_Toc9679636 h 7
Используемая литература :… PAGEREF_Toc9679637 h 8
Используемая литература :Л.Н. Розанов. Вакуумная техника .
Москва« Высшая школа » 1990 .
{ Slava KPSS }
{ bySlava KPSS} .
Дата создания: понедельник, 20 Мая 2002 г.