Режимы течения газа по трубопроводу
Течение газа – это перемещение газа в трубопроводе под действием разности давлений или температур на его концах.
Течение газа в вакуумных системах зависит от температуры газа и стенок, разности давлений на концах системы, внутреннего трения, формы и размеров системы.
Во время откачки газа из вакуумной системы давление газа обычно уменьшается от атмосферного до весьма малых величин, и одновременно с этим происходит смена режимов течения газа в трубопроводах.
Различают три основных режима течения газа: турбулентное (вихревое), ламинарное (вязкостное) и молекулярное (свободномолекулярное).
В самом начале процесса откачки газа из вакуумной системы при сравнительно высоких значениях давления и скоростях наблюдается турбулентный режим течения, характеризующийся хаотичным не регулярным движением взаимодействующих масс газа между собой, при этом давление носит пульсирующий характер, а силы инерции масс газа вызывают образование вихрей.
Вязкостное течение – это ламинарное течение, в котором определяющее значение имеют вязкостные силы. При этом режиме скорость течения газа уменьшается, а силы инерции теряют свое влияние, и режим течения определяется в основном вязкостью газа.
Переход от ламинарного к турбулентному течению обуславливается достижением критического значения безразмерного числа Рейнольдса, которое рассчитывается по формуле:
,
где 
– скорость газа, м/с; 
– диаметр трубопровода, м; 
– плотность газа, кг/м3; 
– динамическая вязкость, Па·с.
В таблице 3.1 представлены границы существования различных течений газов в зависимости от числа Рейнольдса.
Таблица3.1
Границы существования различных течений от чисел Рейнольдса
| Значение Rе | Rе ≥ 2000 | 2000 < Rе < 1200 | Rе ≤ 1200 | Rе < 1200 |
| Режим течения | турбулентный | промежуточная область | ламинарный | устойчивый ламинарный |
Молекулярное течение – это течение газа, при котором средняя длина свободного пробега больше или сравнима с минимальными размерами элемента вакуумной системы (условие высокого и сверхвысокого вакуума). Влияние внутреннего трения постепенно уменьшается, так как молекулы почти не сталкиваются между собой, а взаимодействуют только со стенками трубопровода.
Молекулярно-вязкостное течение – это промежуточный режим между молекулярным и вязкостным течением.
Области молекулярного, молекулярно-вязкостного и вязкостного течения дифференцируются числом Кнудсена Кn (табл. 3.2).
Таблица 3.2
Области молекулярного, молекулярно-вязкостного и вязкостного течения
| Степень вакуума | Значение числа Кn | Значение рср·d, Па·м |
| Высокий вакуум | > 1,5 | ≤ 0,02 |
| Средний вакуум | 5·10-3…1,5 | 0,02…1,33 |
| Низкий вакуум | < 5·10-3 | ≥1,33 |
Примечание: рср = (р1+р2)/2 – среднее давпение по длине трубопровода, Па;
d – диаметр трубопровода, м.
Дата добавления: 2016-02-11; просмотров: 1911;