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真空配件知識——真空系統的抽氣方程
          時間:2015/10/19 點擊:2289
 
        真空系統的任務就是抽除被抽容器中的各種氣體。 我們可以把被抽容器中所產生的各種氣體的流量稱為真空系統的氣體負荷。那么真空系統的氣體負荷究竟來自哪些方面呢?或者說真空室內究竟有哪些氣源呢?總起來說,可以歸納為下述幾個方面:           (1)被抽容器內原有的空間大氣,若容器的容積為Vm3,抽氣初始壓強為PoPa,則容器內原有的大氣量為VP0Pa·m3;    
        (2)被抽容器內一旦被抽空,暴露于真空下的各種材料構件的表面就將把原來在大氣壓下所吸收和吸附的氣體解析出來,這部分氣體來源我們稱之為放氣,單位時間內的放氣流量可以用QfPa·m3/s來示;
          實驗表明,材料表面單位時間內單位表面積的放氣率q可以用式(27)的經驗公式來計算。
         真空室內暴露于真空下的構件表面,可能有多種材料。所以總的表面放氣流量Qf為式(49)。 
         (3)大氣通過容器壁結構材料向真空室內滲透的氣體流量,以QsPa·m3/s表示。滲透的氣流量即是大氣通過容器壁結構材料擴散到容器中的氣體流量。氣體的這種滲透是有選擇性的,例如:氫只有分離為原子才能透過鈀、鐵、鎳和鋁;氫對鋼的滲透將隨鋼中含碳量的增加而增加。氦分子能透過玻璃。氫、氮、氧和氬、氖、氦能透過透明的石英。一切氣體都能透過有機聚合物,如橡膠、塑料等。但是所有的隋性氣體都不能透過金屬。除了有選擇性之外,滲透氣流量Qs還與溫度、氣體的分壓強有關。在材料種類、溫度和氣體分壓強確定時,滲透氣流量Qs是個微小的定值。
         (4)液體或固體蒸發的氣體流量QZPa·m3/s。空氣中水分或工藝中的液體在真空狀態下蒸發出來,這是在低真空范圍內常常發生的現象。在高真空條件下,特別是在高溫裝置中,固體和液體都有一定的飽和蒸氣壓。當溫度一定時,材料的飽和蒸氣壓是一定的,因而蒸發的氣流量也是個常量。
         (5)大氣通過各種真空密封的連接處,通過各種漏隙通道泄漏進入真空室的漏氣流量QLPa·m3/s。對于確定的真空裝置,漏氣流量QL是個常數。漏氣流量通常可通過所說的壓升率,即單位時間內容器中的壓強增長率Px來計算式(28)。
         當真空泵啟動之后,真空系統即對被抽容器抽氣。此時,真空系統對容器的有效抽速若以Se表示,容器中的壓力以P表示,則單位時間內系統所排出的氣體流量即是SeP。容器中的壓強變化率為dP/dt,容器內的氣體減少量即是V dP/dt。根據動態平衡,可列出如下方程(29)。
        這個方程稱為真空系統抽氣方程。 式中V是被抽容器的容積,由于隨著抽氣時間t的增長,容器內的壓力P降低,所以容器內的壓強變化率dP/dt是個負值。因而V dP/dt是個負值,這表示容器內的氣體減少量。放氣流量Qf,滲透氣流量Qs,蒸發的氣流量Qz和漏氣流量QL都是使容器內氣體量增多的氣流量。SeP則是真空系統將容器內氣體抽出的氣流量,所以方程中記為一SeP。

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