稀薄气体流动状态的判别.pptx

稀薄气体流动状态的判别稀薄气体流动状态的判别稀薄气体流动状态的判别稀薄气体流动状态的判别东北大学东北大学 真空系统设计真空系统设计之二之二2稀薄气体流动状态的判别稀薄气体流动状态的判别稀薄气体流动状态的判别稀薄气体流动状态的判别ll气体流动的基本状态气体流动的基本状态ll气体流动状态的分类气体流动状态的分类ll湍流与粘滞流的转变及其判别湍流与粘滞流的转变及其判别ll粘滞流与分子流的转变及其判别粘滞流与分子流的转变及其判别ll稀薄气体动力学稀薄气体动力学3气体流动的基本状态气体流动的基本状态ll真空系统一旦启动，系统管道中就存在定向真空系统一旦启动，系统管道中就存在定向的气体流动，即稀薄气体沿管道的流动。的气体流动，即稀薄气体沿管道的流动。ll气体在管道中的流动状态不同，管道的流导气体在管道中的流动状态不同，管道的流导也不一样，也就是说，管道对气体的流动的也不一样，也就是说，管道对气体的流动的影响，不仅取决于管道的几何形状和尺寸，影响，不仅取决于管道的几何形状和尺寸，还与管道中流动的气体种类、温度和压力有还与管道中流动的气体种类、温度和压力有关。所以在计算管道对气体的流导时，首先关。所以在计算管道对气体的流导时，首先必须判明管道中的气流是哪一种流动状态。必须判明管道中的气流是哪一种流动状态。ll稀薄气体沿管道的流动与常压气体有区别也稀薄气体沿管道的流动与常压气体有区别也有联系，研究稀薄气体沿管道的流动是真空有联系，研究稀薄气体沿管道的流动是真空科学的重要内容之一。科学的重要内容之一。4气体流动状态的分类气体流动状态的分类ll在真空系统管路中的气流有五种流动状态：湍在真空系统管路中的气流有五种流动状态：湍流流(又称紊流、涡流又称紊流、涡流)；湍；湍粘滞流；粘滞流粘滞流；粘滞流(又称层流、粘性流、泊稷叶流又称层流、粘性流、泊稷叶流)；粘滞；粘滞分子分子流；分子流流；分子流(又称自由分子流、克努森流又称自由分子流、克努森流)。湍。湍粘滞流是湍流和粘滞流之间的过渡状态。粘粘滞流是湍流和粘滞流之间的过渡状态。粘滞滞分子流是粘滞流和分子流之间的过渡状态。分子流是粘滞流和分子流之间的过渡状态。ll湍流（湍流（Turbulence flowTurbulence flow）：管道中气体的）：管道中气体的压强压强和流速高，流线无规则且有旋涡和流速高，流线无规则且有旋涡，旋涡时隐时，旋涡时隐时现，流动呈不稳定状态，质点的速度急剧变化现，流动呈不稳定状态，质点的速度急剧变化着，加速度大，着，加速度大，因而惯性力对流动起支配作用因而惯性力对流动起支配作用。一般存在于真空系统工作初期。一般存在于真空系统工作初期。5粘滞流（粘滞流（Viscous flowViscous flow）：）：当压强和流速逐渐降低，流线就有当压强和流速逐渐降低，流线就有规律，随管道形状变化而变化规律，随管道形状变化而变化，流动变成各部分具有不同速，流动变成各部分具有不同速度的流动层。度的流动层。内摩擦力对流动起支配作用内摩擦力对流动起支配作用。分子流（分子流（Molecular flowMolecular flow）：）：气体压强进一步降低，当气体分气体压强进一步降低，当气体分子的平均自由程与管道直径相当时子的平均自由程与管道直径相当时，开始出现新的流动状态，开始出现新的流动状态，气体分子间的碰撞很少，甚至可以忽略，气体分子间的碰撞很少，甚至可以忽略，而气体分子依靠本而气体分子依靠本身的热运动与管壁频繁碰撞身的热运动与管壁频繁碰撞，在管道内分子密度梯度的推动，在管道内分子密度梯度的推动下，由高压端流向低压端。这种气流是一个个分子单独运动下，由高压端流向低压端。这种气流是一个个分子单独运动的综合效果。的综合效果。“漫反射漫反射”现象是促成分子流特殊运动规律的现象是促成分子流特殊运动规律的重要物理基础。重要物理基础。粘滞粘滞分子流（分子流（Transition flowTransition flow）：是粘滞流和分子流之间的）：是粘滞流和分子流之间的一种中间流动状态，一种中间流动状态，压强介于粘滞流和分子流之间，不同速压强介于粘滞流和分子流之间，不同速度层间有更多的分子交换，管壁处有滑动现象。度层间有更多的分子交换，管壁处有滑动现象。其研究的难其研究的难点在于它跨越流体力学和统计力学两大学科。粘滞流为流体点在于它跨越流体力学和统计力学两大学科。粘滞流为流体力学范畴，分子流属气体分子动力学范畴，研究方法不同力学范畴，分子流属气体分子动力学范畴，研究方法不同6湍流与粘滞流的转变及其判别湍流与粘滞流的转变及其判别ll雷诺数雷诺数ReRe：流体加速度做功对于摩擦功的比值：流体加速度做功对于摩擦功的比值u u：相对于器壁的流速；：相对于器壁的流速；D D：管径；：管径；L L：管长；：管长；MM：气体质量；：气体质量；：气体密度；：气体密度；：内摩擦系数：内摩擦系数7Q Q：气体流量；：气体流量；R R：气体普适常数；：气体普适常数；T T：热力学温度：热力学温度D D：管道直径；：管道直径；：摩尔质量；：摩尔质量；：内摩擦系数：内摩擦系数8ll对于室温对于室温2020空气，湍流、湍空气，湍流、湍粘滞流、粘滞粘滞流、粘滞流之间的判别式是流之间的判别式是 Q2660DQ2660D为湍流为湍流 Q1450D Q1450D为粘滞流为粘滞流 1450 1450DQ2660DDQ2660D 为湍为湍粘滞流粘滞流 式中式中QQ通过管道的气体流量，通过管道的气体流量，PamPam33/s/s D D管道的内径，管道的内径，mm9粘滞流与分子流的转变及判别粘滞流与分子流的转变及判别ll分子流流态的研究必须着眼于一个个气体分分子流流态的研究必须着眼于一个个气体分子及其行为，大量研究表明，分子平均自由子及其行为，大量研究表明，分子平均自由程是个重要参数。目前国内外多数学者推荐程是个重要参数。目前国内外多数学者推荐的判据为：的判据为：分子流分子流粘滞流粘滞流粘滞粘滞分子流分子流10 对于给定气体和温度对于给定气体和温度 为常数为常数对于室温对于室温2020空气空气,粘滞流、粘滞粘滞流、粘滞分子流和分子流和分子流之间的判别式是分子流之间的判别式是式中式中DD管道的内径，管道的内径，mm P P管道中气体的平均压强，管道中气体的平均压强，PaPa 11讨论讨论谢谢谢谢 谢谢谢谢 大大大大 家！家！家！家！E N DE N D