Вязкость газов в вакуумной технике

Вязкость газов в вакуумной технике .

       При перемещение твердого тела со скоростью за счет передачи  количества движения молекулам газа возникает сила внутреннего трения 

       В области низкого вакуума весь газ между подвижной 2 и неподвижной 1 пластинами ( рис 1 ) можно разделить на слои толщиной , где  тАУ средняя длина свободного пути . Скорость движения каждого  слоя различна и линейно зависит от расстояния между поверхностями переноса . В плоскости происходят столкновения молекул , вылетевших из плоскостей и . Причиной возникновения силы вязкостного трения  является , то что движущиеся как единое целое отдельные слои газа имеют разную скорость , вследствие чего происходит перенос количества движения из одного слоя  в другой .

       Изменение количества движения в результате оного столкновения равно . Принимая , что в среднем в отрицательном и положительном направление оси   в единицу времени единицу площади в плоскости   пересекают молекул получим общее изменение количества движения в единицу времени для плоскости :

   ( 1 ) .

       Сила трения по всей поверхности переноса , согласно второму закону Ньютона , определяется общим изменение количества движения в единицу времени :

( 2 ),

где тАУ площадь поверхности переноса  ; тАУ коэффициент динамической вязкости газа  :

( 3 )

       Отношение называют  коэффициентом кинематической вязкости  

       Более строгий вывод , в котором учтен закон распределения скоростей и длин свободного пути молекул , дает

,

что мало отличается от приближенного значения

       Если в ( 3 ) подставить значения зависящих от давления переменных , то

. ( 7 )

       Согласно полученному выражению , коэффициент динамической вязкости при низком вакууме не зависит от давления .

       Температурную зависимость коэффициента вязкости можно определить . если подставить в ( 3 ) и соответственно из формул :

( 6 )

и

в формулу ( 3 ) . Отсюда имеем :

   ( 4 )

       В соответствие с ( 4 ) зависит от    , где изменяется от ВЅ при высоких температурах до при низких температурах при . Во всех случаях коэффициент динамической вязкости увеличивается при повышение температуры газа .

       Значения коэффициентов динамической вязкости для некоторых газов при даны в таблице .

        ТАБЛИЦА    1

Коэффициенты динамической вязкости

Газ

воздух

0.88

1.90

1.10

2.10

3.00

1.75

1.70

2.02

1.40

1.70

       Для двухкомпонентной смеси коэффициент динамической вязкости рассчитывается по формуле :

,

где ; ; ; ; и находят из формулы . Величина в этом случае зависит от состава газовой смеси .

       В области высокого вакуума молекулы газа перемещаются между движущейся поверхностью и неподвижной стенкой без соударения . В этом случае силу трения можно рассчитать по уравнению :

  ( 5 )

       Знак Вл тАУ В» в формуле ( 5 ) означает , что направление силы трения противоположно направлению переносной скорости .

       Сила трения в области высокого вакуума пропорциональна молекулярной концентрации или давлению газа . Уравнение ( 5 ) с учетом ( 6 ) можно преобразовать к следующему виду  :

, ( 9 )

откуда видно , что сила трения возрастает пропорционально корню квадратному из абсолютной температуры .

       В области среднего вакуума можно записать аппроксимирующее выражение . рассчитывая градиент переносной скорости в промежутке между поверхностями переноса по следующей формуле :

,

где тАУ расстояние между поверхностями переноса . Тогда с учетом ( 7 ) сила трения в области среднего вакуума :

    ( 8 ).

       Легко заметить , что в условиях низкого вакуума при формула ( 8 ) с ( 2 ) , а в условиях высокого вакуума при с (9) .

       Зависимость от давления силы трения тонкой пластины площадью , движущейся в воздухе при со скоростью , при расстояние между поверхностями переноса   показана на рис 2 .

       Вязкость газов используется для измерения давлений в области среднего и высокого вакуума , однако вязкостные манометры не получили пока широкого применения из-за длительности регистрации давления . Гораздо шире  явление вязкости используется в технологии получения вакуума . На этом принципе работают струйные эжекторные насосы , выпускаемые промышленностью для работы в области низкого вакуума .

Рис 1 . Расчетная схема для определения коэффициента вязкости в газах при низком давление в вакууме . Рис 2 . Сила трения , возникающая при движении тонкой пластины в вакууме .

При , , , , .

Оглавление :

Вязкость газов в вакуумной технике .        1

ТАБЛИЦА    1        3

Рис 1 . Расчетная схема для определения коэффициента вязкости в газах при низком давление в вакууме .        5

Рис 2 . Сила трения , возникающая при движении тонкой пластины в вакууме .        6

Оглавление :        7

Используемая литература :        8

Используемая литература :

Л.Н. Розанов . Вакуумная техника .

Москва Вл Высшая школа В» 1990 .

{ by Slava KPSS} .

Дата создания : понедельник, 20 Мая 2002 г.

Вместе с этим смотрят:

Генератор телеграфного текста
Громкоговорители и телефоны
Двухзеркальная антенна по схеме Кассергена
Двухосный индикаторный стабилизатор телекамер на ВОГ