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 )

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 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 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

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"> .

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} .