Физические методы исследования. Семинарские занятия. Часть 1. Стариковская С.М. - 86 стр.

UptoLike

Составители: 

Рубрика: 

Задача 6. Рассчитать время откачки воздуха из вакуумного объ-
ема V =3л от атмосферного давления до 5 · 10
3
Торр че-
рез цилиндрический трубопровод длиной l =3м и диаметром
d =3см, если суммарное газовыделение со стенок разрядной
камеры постоянно и равно Q
=2.43 · 10
4
м
3
· Па/с. Вязкость
воздуха η =18· 10
6
Па·с.
Решение
Определим границы режимов течения газа в трубопроводе.
Прежде всего сосчитаем давление, при котором число Рейнольд-
са равно 2000.
Re =
4µ
πRTη
Q
d
=
4µ
πRTη
pS
0
d
; (4.125)
p = Re
πRTη
4µ
d
S
0
(4.126)
Вместо S
0
используем типичную для форвакуумных лабора-
торных насосов величину 1 л/с. Тогда
p = Re
πRTη
4µ
d
S
0
; (4.127)
p = 2000
3.14 · 8.31 · 300 ·18 ·10
6
4 · 28 · 10
3
0.03
10
3
7.5 · 10
4
10
5
Па
(4.128)
Пренебрежем турбулентным участком откачки и найдем диа-
пазон давлений вязкостного, молекулярно-вязкостного и моле-
кулярного режимов:
5 · 10
3
λ
d
1
3
(4.129)
Или, принимая выражение для воздуха при 298 К:
0.02/d p 1.33/d Па; d =0.03 м (4.130)
0.67 p 4.4 Па (4.131)
5 · 10
3
Тор p 3 · 10
2
Тор (4.132)
Считаем время откачки в в вязкостном режиме. Проводи-
мость трубопровода равна
U
B
=1.36 ·10
3
d
4
l
p 1.36 · 10
3
0.03
4
3
10
5
+4.4
2
; (4.133)
U
B
1.36 · 10
3
· 81 · 10
8
· 10
5
3 · 2
18 >> S
H
(4.134)
Тогда время откачки пренебрежении натеканием)
86
Задача 6. Рассчитать время откачки воздуха из вакуумного объ-
ема V = 3 л от атмосферного давления до 5 · 10−3 Торр че-
рез цилиндрический трубопровод длиной l = 3 м и диаметром
d = 3 см, если суммарное газовыделение со стенок разрядной
камеры постоянно и равно Q = 2.43 · 10−4 м3 · Па/с. Вязкость
воздуха η = 18 · 10−6 Па·с.
Решение
   Определим границы режимов течения газа в трубопроводе.
Прежде всего сосчитаем давление, при котором число Рейнольд-
са равно 2000.
                             4µ Q      4µ pS0
                   Re =             =         ;                (4.125)
                            πRT η d   πRT η d
                             πRT η d
                            p = Re                 (4.126)
                               4µ S0
   Вместо S0 используем типичную для форвакуумных лабора-
торных насосов величину 1 л/с. Тогда
                                     πRT η d
                            p = Re           ;                 (4.127)
                                      4µ S0

          3.14 · 8.31 · 300 · 18 · 10−6 0.03
   p = 2000                                  ≈ 7.5 · 104 ≈ 105 Па
                  4 · 28 · 10−3         10−3
                                                              (4.128)
   Пренебрежем турбулентным участком откачки и найдем диа-
пазон давлений вязкостного, молекулярно-вязкостного и моле-
кулярного режимов:
                              λ    1
                            5 · 10−3 ≤
                                ≤                              (4.129)
                              d    3
   Или, принимая выражение для воздуха при 298 К:

         0.02/d ≥ p ≥ 1.33/d Па;            d = 0.03 м         (4.130)

                           0.67 ≥ p ≥ 4.4 Па                   (4.131)

                5 · 10−3     Тор ≥ p ≥ 3 · 10−2     Тор        (4.132)
  Считаем время откачки в в вязкостном режиме. Проводи-
мость трубопровода равна

                         d4                0.034 105 + 4.4
       UB = 1.36 · 103      p ≈ 1.36 · 103                 ;   (4.133)
                          l                  3       2

             1.36 · 103 · 81 · 10−8 · 105
        UB ≈                              ≈ 18 >> SH (4.134)
                         3·2
   Тогда время откачки (в пренебрежении натеканием)

                                             86