真空系统设计（机械捕集器的基本计算）

　　2。3。1。3机械捕集器的基本计算
　　捕集器（阱类）的计算是一个相当复杂的问题，既有空间分子的运动问题，也有气固界面物理现象；既有宏观的分子动量迁移，
　　图250水冷机械捕集器
　　1一外壳；2捕集片；3法兰；4一水管接头；5水套
　　图251锥状环形机械捕集器
　　图252水冷机械捕集器
　　1一水管；2捕集片；3一密封圈；4一法兰；5一接头
　　图253倒塔形机械捕集器
　　能量（热量）传递和质量扩散问题，又有表面物理和表面化学的机理。目前，机械捕集器的设计计算重点主要是：结构简单、屏蔽效果好、流导大。综观现状，其流导的计算方法基本有三种：（1）利用实验得到的比流导数据进行计算；（2）把捕集器看成是异型截面管道串、并联而成的复杂管道，根据本书第2章流导计算公式计算：（3）利用蒙特卡洛法（MonteCarlomethod）算出并得到实验证实的成果进行计算。
　　A利用比流导计算
　　在真空系统中，尤其是主抽泵入口处所用的机械捕集器，绝大多数都要在机械阻挡的基础上，对捕集片进行冷却，以提高捕集效果。
　　常用的水冷捕集器的流导可由下式求得：
　　式中，C为比流导，（1（scm2）），查表216；A为捕集器入口截面积，cm2。
　　若捕集器不用水冷却，则式（212）要引入一个温度影响系数l，则有：
　　若冷凝剂是干冰（固体CO2），取l1。2；若是液氮，则取l1。7。
　　B利用蒙特卡洛法所得数据计算
　　在分子流状态下，用蒙特卡洛法从理论上算出的流导和实测值非常相近，因此，可以利用这些成果进行计算。由于捕集器的流导在分子流态时，可以用相同截面尺寸的孔口的流导乘以传输几率P，故有下式：
　　中，P为传输几率，可由表216或相关曲线查得；CA为与捕集器同口径的小孔流导；T为绝对温度；为摩尔质量；A为捕集器的入口面积。
　　用蒙特卡洛法计算的P值示于图254图259。图中所示为单百叶窗式和人字形闭光障板的几何结构与传输几率P的关系曲线。
　　由图可知，对于比值AB5的几何结构，传输几率P，值并不显著增加。而且在两种情形中，发现60的流导比45和30角的流导要好。对于相同的角和AB值，人字形障板（图255）的P值差不多是单百叶窗式障板P值的一半。对一个被人字形障板全遮蔽的孔而言，最大的传输几率P值为0。28（图255）。在实际真空系统中，往往把机械捕集器的捕集片（挡板）与致冷剂相连，其结果使捕集器的有效气体通过面积稍微减小。因此，一个设计合理的人字形捕集器，实际的P值为0。2。综上所述，百叶窗式障板和人字形障板的传输几率P，是障板长度A、间距B及叶片与水平夹角的函数。试验表明，人字形障板的5060为宜。
　　图254单百叶窗式障板的Pr值
　　图255障板与扩散泵连接后的Pr值
　　图256障板的Pr值
　　图256障板的Pr值
　　图256所示为具有圆形挡片和两个节流端（双折流板）障板的传输几率P半径为R的圆筒两端向内卷边，形成长度为l、半径为R的孔的圆筒。在l2处同轴装置半径为R的圆板而构成一个机械捕集器。该捕集器的传输几率随lR和RRo变化。由图可见，Pr在0。10。5范围内选取，它比人字形叶片捕集器的传输几率P有显著增加。图257所示为蒸气流泵顶部障板的传输几率与几何尺寸的特性曲线；图中A的情况与图256所示的几何结构相同。在蒸气流泵入口处装置一个RR01。5的双折流板，这两个结合部件的传输几率P，随lR及一级喷嘴在折流板中的位置而变化。图中B的情况为在蒸气流泵入口处装置一个RR1。5的双折流板，表示分子经过泵的喷嘴外缘和管口内边缘间的环形空间的传输几率P。图中C的情况与B相似，但配置不同。
　　图258障板的Pr值
　　图259障板与扩散泵连接后的Pr值
　　图258所示为只有圆形挡片和一个节流端（单折流板）障板的传输几率，其传输几率P是lR和Ml的函数。图259所示是用在蒸气流泵上部的与图258类同障板的传输几率。当ML0。26时，大弯管障板可分两种：有凸出端的圆形弯头障板和方形弯头障板，如图260和图261所示。这两种几何形状的障板捕集器，实际上是障板阀组合体。在蒸气流泵入口与高真空管道联结处时时可见。扩大障板直径可以降低障板对泵有效抽速的影响，其中圆形挡片的直径与小孔的直径相同。原则上这种挡片可以摆动盖住某个小孔。这种结构障板的试验表明，当WD1。3时，可得到大的传输几率P该种障板捕集器的结构形式、尺寸比例和相应的传输几率示于图260和图261中
　　图260圆形弯头障板的传输几率
　　I一桶形弯头；一有挡油帽的桶形弯头；一在扩散泵上的桶形弯头；有人字形障板的桶形弯头
　　图261方形弯头障板的传输几率
　　I一方形弯头；一有挡油帽的方形弯头；一在扩散泵上的方形弯头
　　图262为几种典型障板的分子与器壁的平均碰撞次数，该值是由蒙特卡洛法求得的。由图中可知，分子至少要进行四次以上的碰撞。
　　此外，在真空系统中蒸气流泵入口与高真空管道或被抽容器之间的连接，通常用锥形管过渡，它也具有障板效应，其传输几率P与R1R2、lR2之间的函数关系如图263所示。