真空系统设计（流动状态的判别）

　　真空系统是指由真空泵、真空计及各种零件通过管道以适当的方式联接，组合成能达到一定真空度要求的装置。真空系统的基本要求是都有哪些？
　　4。2流动状态的判别
　　气体在真空管道中的流动状态不同，管道的流导也不样，也就是说，管道对气体的流导不仅取决于管道的几何形状和尺寸，还与管道中流动的气体种类和温度有关，在有的流动状态下还取决于管道中气体的平均压力。所以在计算真空管道对气体的流导时，首先必须判明管道中的气流是哪一种流动状态。
　　4。2。1湍流与黏滯流的判别
　　气流从湍流向黏滞流的转变，不仅与气体的压力、流速有关，还与管道的尺寸以及气体的黏滞特性有关，可用雷诺数来判别。雷诺数Re的计算表达式为：
　　式中，Re为雷诺数；D为管道直径；u为气流流速；为气体密度；
　　为气体内摩擦系数。
　　当1200Re2200时，则处于黏滞流与湍流之间，其流态由管口条件、管壁状况、是否存在局部流阻的影响来决定。
　　式中，M为气体分子摩尔质量；Q为气体的流量；R为普适气体常数；T为气体热力学温度；为气体内摩擦系数；D为管道直径。
　　对于20C空气，气体流动为湍流或黏滞流的判据为：
　　式中，Q的单位为Pa。D的单位为m。
　　4。2。2黏滞流与分子流的判别
　　在低压下，气体分子的平均自由程是一一个重要参数。A与流管的直径D之比称为克努森数，可用克努森数来判别气体的流动状态。
　　M。Knudsen对分子流态进行研究后得出，当D3时，分子流气体流量公式（43）成立。据此，克努森的判别式为：
　　道内流态的判别式：
　　式中，k为玻耳兹曼常数；为气体分子的有效直径；P为管道内气体的平均压力。
　　如果要判断管道中某截面处的流态，则将式（410）中的平均压力换成该截面处的气体压力。
　　目前，国内外多数学者推荐计算误差更小的克努森判别式为：
　　4。3气体流态判别例题
　　例：使用抽速为S8Ls，泵入口内径为40mm的机械泵对某一真空室在大气压下开始抽气，真空室内气体为20的空气。判断真空管道内的压力多大时为湍流？多大时为黏滞流？多大时为分子流？解：抽气时，管道中的气流量为：
　　把Q及D0。04m代人黏滞流态气体流量泊肃叶公式（式42），
　　解得：
　　当p13250Pa时，真空管道内为湍流；
　　当p7200Pa时，真空管道内为黏滞流；
　　当7200Pap13250Pa时，真空管道内为湍黏滞流。
　　把Q及D0。04m代人分子流态气体流量克努森公式（式412），解得：
　　p16。625Pa时，真空管道内为黏滞流
　　p0。16625Pa时，真空管道内为分子流
　　0。16625Pap16。625Pa时，真空管道内为黏滞分子流
　　综合上述，真空管道内的压力从大气压13250Pa为湍流流态；管道内压力为720016。625Pa时为黏滞流流态；当管道内的压力低于0。16625Pa时，管道内为分子流流态。
　　在例题计算中涉及到的管道压力应为管道的平均压力，但是因为真空泵的人口压力相对于抽气管道人口处的压力来说很低，可忽略不计，所以在流态判断计算中，公式中的管道平均压力近似为管道入口处的压力。
　　另外，当系统从大气压力下开始抽气时，湍流状态持续的时间很短，很快系统中气流就到黏滞流状态了，所以一般在真空系统的设计计算中很少考虑湍流状态。