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正航仪器技术整理(lǐ)流导的计算
2015-8-12 来源：正航仪器 作者：小(xiǎo)曾 阅读：次
正航仪器技术整理(lǐ)流导的计算
1．流导和流几率
(1)流导
就一个真空系统管路元件(包括导管、阀门、捕集器等)来说，若其入口压力P1和出口压力P2不相等，即管路元件的两端存在压强差P1-P2，则元件中将有(yǒu)气流从高压侧流向低压侧(如图3)。
若流经元件的气流量是Q，实验和理(lǐ)论都证明Q值的大小(xiǎo)与元件两端的压强差P1-P2成正比。用(yòng)数學(xué)式子来表示Q与P1-P2之间的关系，则可(kě)写成式(5)。
该比例常数C称為(wèi)流导。式(6)即是流导的定义式。它表明：在单位压差下，流经管路元件气流量的大小(xiǎo)被称為(wèi)流导。在國(guó)际单位制中，气流量Q的单位是Pa·m3／s，P1-P2的单位是Pa，所以流导的单位是m3／s。
流导的大小(xiǎo)说明在管路元件两端的压强差P1-P2一定的条件下流经管路元件的气流量的多(duō)少。从式(5)可(kě)见，当压差P1-P2一 定时，流导C的值较大，那么流经管路元件的气流量Q的值就较大；反之流导C的值小(xiǎo)，则流经元件的气流量Q就小(xiǎo)。所以作為(wèi)真空系统管路元件，不管是导管、还 是阀门、捕集器、除尘器等，都希望它的流导值尽可(kě)能(néng)大一些，使气流能(néng)顺利地通过。因此，流导是真空系统管路元件的一个重要参数。在真空系统设计计算中，要 计算管路元件以及某段真空系统管路的流导。
(2)流导几率
流导几率也称為(wèi)传输几率，其物(wù)理(lǐ)意义是气體(tǐ)分(fēn)子从元件的入口入射进入元件能(néng)从管路元件的出口逸出的概率。在分(fēn)子流状态下，利用(yòng)流导几率来表征真空系统管路元件对气體(tǐ)的导通性能(néng)更直观，更本质。用(yòng)pr来表示流导几率，则流导几率的定义式為(wèi)式(7)。
从式(8)可(kě)以看出，管路元件的流导C等于该元件入口孔的流导Cfk和其流导几率Pr的乘积。通常，管路元件入口孔的流导Cfk是很(hěn)容易求得的，如果知道了元件的流导几率Pr，则利用(yòng)式(8)可(kě)以很(hěn)容易地计算出元件的流导。
2．流导的计算
在真空系统中，连接管道通常采用(yòng)的是圆截面管道，被抽气體(tǐ)又(yòu)多(duō)為(wèi)室温下的空气，因此这里只简要介绍圆孔和圆截面管道对室温空气的流导。
(1)粘滞流时流导的计算
①薄壁孔
粘滞流时气體(tǐ)流经薄壁孔，如图4所示，当P1＞P2时，气體(tǐ)从I空间流向II空间。试验发现：当P1不变时，随P2下降，通过孔口的流速和流量都增加，但当P2下降到某一值时，它们都不再随P2下降而增加。
对于室温空气，面积為(wèi)Am2的薄壁孔的流导為(wèi)式(9)。
对于室温空气，圆形薄壁孔的流导為(wèi)式(10)。
②不考虑管口影响时，圆管的流导
通常，气體(tǐ)从一个大容积进入管道的入口孔时，孔口对气流存在影响，但当管道的長(cháng)度比较長(cháng)，管口对气流的影响则可(kě)以忽略，即可(kě)以不考虑管口对气流的影响。在 工程计算中，通常把管道的轴線(xiàn)長(cháng)度L与管道直径D的比值L／D≥20的管道视為(wèi)“長(cháng)管”，其实质是可(kě)以不考虑管口的影响进行计算。设圆管的轴線(xiàn)長(cháng)度為(wèi) Lm，直径為(wèi)Dm，则其粘滞流条件下对于室温空气的流导為(wèi)式(11)。
③考虑管口影响时，圆管的流导
在粘滞流条件下，气 流从大容积进入管口，在管口处受到影响，这种影响破坏了粘滞流的应有(yǒu)秩序，使管道的流导减小(xiǎo)，这种影响常称為(wèi)管口效应。当管道的長(cháng)度不太長(cháng)时，管口效应的 影响在进行计算中不能(néng)忽略。在工程计算中，一般认為(wèi)管道的長(cháng)径比L／D＜20都属于这种情况，这就是所说的“短管”。
对于室温空气，考虑管口影响时，管道的流导用(yòng)式(12)计算。
(2)分(fēn)子流时流导的计算
①薄壁孔
分(fēn)子流时，对于室温空气，面积為(wèi)Am2的薄壁孔的流导用(yòng)式(13)计算。
②不考虑管口影响时。圆管的流导
不考虑管口影响时，在分(fēn)子流条件下，任意截面形状管道的流道计算式可(kě)由克努森流导积分(fēn)公式(15)导出。
由式(15)导出的圆管的流导為(wèi)式(16)。
③不考虑管口影响时，圆锥形管的流导
对于图5所示的截圆锥形管道，其分(fēn)子流流导的计算式為(wèi)式(17)。
④考虑管口影响时，圆管的流导
设圆管的長(cháng)度為(wèi)L，半径為(wèi)R，直径為(wèi)D=2R。在分(fēn)子流条件下，考虑管口影响时，圆管的流导几率pr如式(18)。
因此，当考虑管口影响时，圆管对于室温空气的流导计算式為(wèi)式(19)。
⑤真空阀门的分(fēn)子流流导
对于真空阀门的分(fēn)子流流导计算可(kě)用(yòng)式(45)。
⑥常用(yòng)水冷障板的流导
水冷障板的分(fēn)子流流导的计算可(kě)用(yòng)两种方法。一种是利用(yòng)“比流导”的数值进行计算，“比流导”指的是捕集器入口单位面积上的流导，利用(yòng)“比流导”数据进行计算可(kě)用(yòng)式(20)。
若捕集器不是用(yòng)水冷却，而是用(yòng)其它冷剂，则式(20)要引入一个温度影响系数l，式(21)。
若冷凝剂用(yòng)的是干冰(固體(tǐ)CO2)，取l=1.2；若是液氮，则取l=1.7。第二种方法是用(yòng)流导几率进行计算，对于很(hěn)多(duō)种结构形式的捕集器，其流导几率值已有(yǒu)资料给出，因而利用(yòng)式(8)可(kě)方便地进行计算。
(3)粘滞-分(fēn)子流时，圆管对于室温空气的流导计算式是式(21)。
在式(21)和(22)中，函数J的数值见表1。
(4)管路元件串、并联时，流导的计算
组成真空系统的管路各式各样，各系统管路元件之间的关系，有(yǒu)的是串联，有(yǒu)的又(yòu)属于并联。
①串联管路的流导
图6所示的一段管路，是导管、阀门、捕集器三个元件串联。若C1、C2、C3分(fēn)别是这三个元件的流导，则它们串联之后的整段管路的流导為(wèi)式(23)。
如果是n个管道元件串联，则串联后整个管路的流导為(wèi)式(24)。
可(kě)见管路元件串联之后，整个管路的流导等于各元件流导的倒数的代数和的倒数。
②并联管路的流导
图7所示的整段管路是三条导管的并联，若C1、C2、C3分(fēn)别是这三条导管的流导，则并联后组成的整段管路的流导C為(wèi)式(25)。
如果有(yǒu)n条管路并联组成一段管路，则并联之后整段管路的流导為(wèi)式(26)。
可(kě)见并联管路的流导等于各并联元件流导的代数和。
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正航仪器介绍元件尺寸的检验
