Течение газов по трубам

Течение газов по трубам

/4 d CAf

' Рис. 7. Зависимость пропускной способности трубопровода длиной 1 м от диаметра при различных средних давлениях в трубопроводе

  • Трубопровод с прямоугольным сечением. Если / —длина трубопровода, a и b —стороны прямоугольника, то пропускную способность, согласно Буссинеску, можно определить по уравнению
  • Течение газов по трубам
  • [и для квадратного сечения со стороной а Течение газов по трубам ЗначениеТечение газов по трубам

в зависимости от отношения-?- приведено на рис. 9.

Течение газов по трубам

Согласно работе [53 ] для воздуха при 20° С пропускную способность трубопровода с прямоугольным сечением вычисляют по формуле

Течение газов по трубам

где L — в л/с; р —в мм рт. ст.; о, b и I —в см. Значения Y приведены ниже:Течение газов по трубам

  1. Трубопровод с кольцеобразным сечением [11]. Если та —радиус наружной трубки, T1 —радиус внутренней трубки, то
  2. Течение газов по трубам
  3. Для воздуха при комнатной температуре и р, = 180•1O-6 пз
  4. Течение газов по трубам

где ra, rt и / — в см; р — в мкм рт. ст.

  • Короткий трубопровод. Если длина трубопровода / 2Od, то сопротивление W такого короткого трубопровода определяется сложением сопро-
  • или
  • гивления входа W0, определяемого по формулам истечения газа через отверстие диаметром d, и сопротивления Wmp самого трубопровода, вычисляемого по формуле для длинного трубопровода
  • Течение газов по трубам
  • Тогда пропускную способность L короткого трубопровода определяют по уравнению
  • или
  • где L0 —пропускная способность отверстия в вязкостном потоке [определяют по формулам (25)—(30)]; LTp —пропускная способность длинного трубопровода [определяют по формуле (31)].
  • Пропускная способность трубопроводов для различных газов. Как видно из формул, пропускная способность трубопроводов различна для разных газов
  • В общем случае для пересчета известной пропускной способности L1 газа с вязкостью P1 для другого газа с вязкостью р2 нужно пропускную
  • способность первого газа L1 умножить на отношение —, которое подсчиты-
  • вается по формуле
  • Пропускная способность трубопроводов при молекулярном течении. При

молекулярном течении каждая мрлекула перемещается в трубопроводе независимо от других и ударяется только о стенки. Для изучения молекулярного течения важно знать природу столкновений молекул со стенками. Согласно гипотезе Кнудсена при этом имеет место диффузное отражение молекул, т. е.

они первоначально адсорбируются на стенке, а затем десорби-руются в произвольном направлении. В этом случае поток складывается из двух независимых течений противоположных направлений. Несмотря на то, что поток в этой области течения по абсолютной величине очень мал, необходимы короткие трубопроводы большого диаметра, чтобы уменьшить сопротивление течению газа.

Если диаметр трубопровода незначителен при большой длине, то очень малое число молекул может без столкновений со стенкой трубопровода пройти из объема 1 в объем 2, которые соединены этим трубопроводом. Большинство молекул сталкиваются со стенкой трубопровода, а после этого столкновения молекула может вернуться с равной вероятностью в объем 1 и в объем 2.

В результате п олучается, что выбор трубопровода при молекулярном режиме течения определяется прежде всего его геометрией.

  1. Другие части:
  2. Течение газа по трубопроводам. Часть 1
  3. Течение газа по трубопроводам. Часть 2
  4. Течение газа по трубопроводам. Часть 3
  5. Течение газа по трубопроводам. Часть 4
  6. Течение газа по трубопроводам. Часть 5
  7. Течение газа по трубопроводам. Часть 6

Режимы течения газов по трубопроводам

Во время откачки вакуумной системы давление газа в ней обычно уменьшается, и одновременно с этим меняются режимы течения газа в трубопроводах. В вакуумной технике различают три режима течения газов по трубопроводам:

Вязкостный, молекулярный, молекулярно-вязкостный.

Вязкостный режим течения наблюдается в низком вакууме, когда длина свободного пробега молекул газа λ много меньше диаметра трубопровода d (λ > d). В этом случае моле­кулы практически не взаимодействуют друг с другом, а сталки­ваются только со стенками трубопровода.

  • Молекулярно-вязкостный режим реализуется при среднем вакууме (λ ~ d), когда длина свободного пробега молекул газа соизмерима с диаметром трубопровода.
  • Для определения режимов течения газа используются кри­терии Кнудсена.
  • 1) Молекулярный режим течения газа имеет место, когда .

2) Для вязкостного режима должно выполняться условие Течение газов по трубам , что соответствует Па*м

3) Молекулярно-вязкостный режим будет иметь место при условии

Течение газов по трубам

Проводимость трубопроводов зависит от его геометрии и режимов течения газов. Для трубопроводов круглого сечения имеем:

вязкостный режим течения газов (воздух при 293 К):

Течение газов по трубам

где d,l – диаметр и длина трубопровода, м;

— проводимость трубопровода в вязкостном режиме, м3 /с

где р1, р2 – давления на концах трубопровода.

молекулярный режимтечения газа:

Течение газов по трубам

  1. где М— молекулярная масса, кг/кмоль;
  2. Т— температура газа, К;
  3. d, I — диаметр и длина трубопровода, м;
  4. UM — проводимость трубопровода в молекулярном режиме,м3 /с.
  5. молекулярно-вязкостный режим течения газа:

Течение газов по трубам

Когда не требуется большой точности, то можно принять b =0,9. Формулы справедливы для длинных трубо­проводов при l > d.

Задание

  • произвести откачку вакуумной системы до низкого вакуума;
  • снять зависимость термопарного вакуумметра от времени работы пластинчато-роторного насоса с момента его включения. Отсчет давления производится через равные промежутки давления (0,5 мВ). Откачку проводить до значения 9мВ;
  • произвести замену трубопровода низковакуумной системы. Снять зависимость Р(t) как в предыдущем задании;
  • построить зависимость давления в камере от времени откачки низковакуумным насосом для разной длины трубопровода.
  • определить режимы течения газов при работе насоса и рассчитать проводимость трубопровода при этих режимах.
  • определить эффективную скорость откачки и коэффициенты использования насоса при разной длине трубопровода.

Результаты работы представить в виде таблиц

Таблица 1

P, мВ Р, Па t (L1), с t (L2), с

Таблица 2

Длина трубопровода, м Режимы течения газа Проводимость (м3/с) Эффективная быстрота откачки (м3/с) Коэффициент использования насоса
НВР -5ДМ

§ 98. Вязкое движение сжимаемого газа по трубе

Макеты страниц

Рассмотрим течение сжимаемого газа по трубе (постоянного сечения) настолько длинной, что нельзя пренебрегать трением газа о стенки, т. е. вязкостью газа. Стенки трубы мы будем предполагать теплоизолированными, так что никакого обмена теплом между газом и внешней средой не происходит.

Течение газов по трубамТечение газов по трубам

Что же касается энтропии газа s, то благодаря наличию внутреннего трения она, конечно, отнюдь не остается постоянной, а возрастает по мере движения газа вперед по трубе. Если координата вдоль оси трубы, причем положительное направление оси совпадает с направлением течения, то

  • Продифференцируем теперь соотношение (98,2) по Помня, что имеем:
  • Далее, подставляя сюда
  • получаем:
  • Согласно известной термодинамической формуле

Коэффициент теплового расширения газов положителен. Поэтому в силу (98,3) заключаем, что положительно также и все выражение в левой стороне равенства (98,5). Знак же производной совпадет, следовательно, со знаком выражения

  1. Мы видим, что

Таким образом, при дозвуковом течении Давление падает вниз по течению (как и для несжимаемой жидкости). При сверхзвуковом же движении давление возрастает вдоль трубы.

Аналогичным образом можно установить знак производной . Ввиду того, что , знак совпадает со знаком производной Последняя же может быть выражена через положительную производную с помощью (98,4-5). В результате мы найдем, что

т. е. скорость возрастает вниз по течению при дозвуковом и падает при сверхзвуковом движении.

Любые две термодинамические величины текущего вдоль трубы газа являются функциями друг от друга, совершенно не зависящими, в частности, от закона сопротивления трубы. Эти функции зависят как от параметра от значения постоянной и определяются уравнением , получающимся путем исключения скорости из уравнений сохранения массы и энергии газа.

Выясним характер, который имеют кривые зависимости, например, энтропии от давления. Переписав (98,5) в виде

мы видим, что в точке, где энтропия имеет экстремум. Легко видеть, что этот экстремум является максимумом. Действительно, для значения второй производной от s по имеем в этой точке:

(что связано с предполагающейся везде положительностью производной

Таким образом, кривые зависимости s от имеют вид, изображенный на рис. 73. Справа от максимумов лежит область дозвуковых, а слева — сверхзвуковых скоростей. При увеличении параметра мы переходим от более высоких к более низко расположенным кривым. Действительно, продифференцировав уравнение (98,2) по j при постоянном , получим:

Из полученных результатов можно сделать интересный вывод. Пусть на входе трубы скорость газа меньше скорости звука. По направлению вниз по течению энтропия растет, а давление падает; это соответствует передвижению по правой ветви кривой по направлению от В к О (рис. 73).

Рис. 73

Так может, однако, продолжаться лишь до тех пор, пока энтропия не достигнет своего максимального значения. Дальнейшее передвижение по кривой за точку О (т. е.

в область сверхзвуковых скоростей) невозможно, так как оно соответствовало бы уменьшению энтропии газа по мере его течения по трубе.

Переход с ветви ВО на ветвь ОА кривой не может произойти также и посредством возникновения ударной волны, так как скорость «втекающего» в ударную волну газа не может быть дозвуковой.

Таким образом, мы приходим к выводу, что если на входе трубы скорость газа меньше скорости звука, то движение остается дозвуковым и на всем дальнейшем ее протяжении. Скорость, равная местной скорости звука, если и достигается вообще, то только на выходном конце трубы (при достаточно низком давлении во внешней среде, в которую выпускается газ).

Читайте также:  Салита кислота для труб

Для того чтобы осуществить сверхзвуковое течение газа по трубе, необходимо впускать газ в трубу уже со сверхзвуковой скоростью.

В связи с общими свойствами сверхзвукового движения (невозможностью распространения возмущений вверх по течению) дальнейшее течение газа будет происходить совершенно независимо от условий на выходе из трубы.

В частности, будет происходить совершенно определенным образом возрастание нтропии вдоль длины трубы, и максимальное ее значение будет достигнуто на определенном расстоянии от входа.

Если полная длина трубы то течение будет сверхзвуковым на всем ее протяжении (чему соответствует перемещение по ветви АО по направлению от А к О).

Если же то течение не может быть сверхзвуковым на всем протяжении трубы и в то же время не может перейти плавным образом в дозвуковое, так как передвигаться по ветви ОВ кривой можно лишь в направлении, указанном стрелкой.

Поэтому в этом случае неизбежно возникновение ударной волны, переводящей движение скачком из сверх- в дозвуковое. При этом давление возрастает, мы переходим с ветви АО на ветвь ВО, минуя точку О, и на всем остальном протяжении трубы течение будет дозвуковым.

Новости в России и в мире — Newsland — информационно-дискуссионный портал. Новости, мнения, аналитика, публицистика

Заявка на добавление в друзья

Течение газов по трубам

Прокачка газа в Европу по трубопроводу Ямал-Европа прекратилась — это данные газотранспортного оператора Gascade. Так, прокачка газа резко снизилась с 09:00 до 10:00 мск, а в период с 10:00 до 11:00 и вовсе прекратилась.

Как свидетельствуют данные Gascade, в небольших объемах даже начался реверс газа по трубопроводу в обратном направлении. К настоящему моменту реверс достиг практически 168 тыс. куб. м в час.

Транснациональный газопровод Ямал — Европа проходит по территории четырех стран — России, Белоруссии, Польши и Германии. Его проектная мощность — 32,9 млрд куб. м газа в год.

Польские потребители получают газ по газопроводу «Ямал-​Европа» не только напрямую из России, но и по «виртуальному реверсу» — из Германии (контрактно), но по факту — отбирая его из транзитного потока. В случае, когда заявка на виртуальный реверс превосходит прямой физический поток — газопровод может переходить в физически реверсный режим.

Именно это сейчас и произошло с газопроводом «Ямал-​Европа».

1. Поленья прислали в Газпром письмо с требованием уменьшить цену на газ.
2. Транзит по «Ямал-​Европа» встал.

Совпадение? Упс. Не думаю.

На фото в заголовке — арматура газоизмерительной станции магистрального газопровода под Питером.

Между тем некоторое время назад Алжир объявил, что прекратит поставки газа в Испанию по газопроводу Магриб-Европа (ГМЕ), пролегающему через территорию Марокко. Соответствующее заявление сделал министр энергетики Мухаммед Аркаб.

У Алжира есть второй трубопровод «Медгаз», который не пересекает территорию королевства. Он проложен по дну Средиземного моря и напрямую связывает предприятия в западном городе Бени-Саф с Альмерией на юго-востоке Испании. Это старая труба, тем не менее после недавней реновации ее мощность достигает 8 миллиардов кубометров в год.

Однако это жу-жу неспроста. Не только Россия начала отказываться от стран-транзитеров газа, и качать газ напрямую.

  • Тем временем в Молдавии творятся чудеса.
  • Газета «Молдавские ведомости» написала, что трубопровод Яссы (Румыния) – Унгены (Молдавия) – Кишинев, который предназначался для газовых поставок из Европы, оказался муляжом: зарытые в землю трубы не подключены к распределительным станциям, так как они не построены.
  • Пишут, что молдаване согласились на формулу Газпрома, по которой у них сейчас цена на газ, с учетом скидки, получится около 450 евро за килокуб.

Источник: putc.org

Режимы течения газа

Создание и поддержание вакуума предполагает течение газа из вакуумного сосуда по трубопроводам и насосам в атмосферу. Отсюда большое значение имеют элементы вакуумной системы, управляющие и воздействующие на природу газового потока. Как правило, течение газа в вакуумных системах можно разделить на три основных режима:

  • • турбулентное;• вязкостное, или ламинарное;
  • • молекулярное.
  • С определением режима течения газа связано много факторов, включая следующие:
  • • величина потока газа;• перепад давлений на концах трубопровода или канала;• свойства поверхности и геометрические параметры трубопровода канала;
  • • вид и свойства откачиваемых газов.

Количественное выражение, устанавливающее связь между такими факторами, как геометрия канала, свойства и количество газа, носит сложный характер.

Однако были разработаны формулы и выражения для ряда распространенных форм трубопроводов и каналов, которые позволяют рассчитать величину газового потока с относительной точностью и простотой.

В последующих подразделах приводятся расчеты величины потока газа в трубопроводах и каналах при различных условиях. Подробный вывод многих формул можно найти в литературе. В целях упрощения расчетов три режима течения газов обычно рассматриваются отдельно.

Все три режима течения газа встречаются одновременно, когда откачка вакуумной системы, соединенной трубопроводом с вакуумным насосом, происходит от атмосферного давления до высокого вакуума, что характеризуется такой величиной, как время откачки.

Общие положения

При высоких значениях давления и очень высоких значениях потока газа средняя длина свободного пути молекул очень мала по сравнению с размерами трубопровода или вакуумного сосуда, так что поток газа ограничивается вязкостью газа.

Поток газа при этих условиях называется вязкостным, а режим его течения может быть либо турбулентным, либо ламинарным. Когда скорость газа превышает определенные значения, течение становится турбулентным, слои газа перестают быть параллельными, их направление меняется под воздействием любого препятствия на их пути.

В пространствах между слоями появляются области с более низким давлением. При более низких значениях скорости газа вязкостный поток становится ламинарным, т. е. слои потока газа являются параллельными, их скорость увеличивается в направлении от стенок к оси трубопровода.

По мере уменьшения давления средняя длина свободного пути молекул становится эквивалентной размерам сосуда, и поток регулируется сочетанием скорости и молекулярных взаимодействий. В этих условиях устанавливается промежуточный, молекулярно-вязкостный режим течения газа.

По мере дальнейшего уменьшения давления средняя длина свободного пути молекул становится больше размеров сосуда, и поток зависит только от столкновений молекул со стенками сосуда; поэтому поток в таких условиях называется молекулярным. Молекулярное течение в различных режимах представлено на рис. 2.

Режим течения газа (турбулентный, ламинарный, промежуточный или молекулярный) определяется значениями двух безразмерных параметров: чисел Рейнольдса и Кнудсена.

Переход между турбулентным и ламинарным, или вязкостным, течением определяется числом Рейнольдса, в то время как для описания ламинарного, промежуточного и молекулярного течения газа используется число Кнудсена.

Число Рейнольдса – это безразмерная величина, выраженная следующим образом:

$$ Re=pvD/ eta , (42)$$

где р -плотность газа; v – скорость потока газа; η – динамическая вязкость газа; D – диаметр трубопровода.

При Re > 2200 поток является полностью турбулентным.При Re< 1200 поток является полностью ламинарным.

В области 1200 < Re < 2200 поток может быть турбулентным или вязкостным в зависимости от шероховатости поверхности и геометрических параметров трубы. По мере увеличения потока при высоких давлениях число Рейнольдса увеличивается, и поток газа вместо равномерного течения приобретает завихрения и колебания.

Вязкостный поток имеет место в области, ограничиваемой числом Рейнольдса менее 1200 и числом Кнудсена менее 0,001.Число Кнудсена Кn — это также безразмерная величина, выражаемая следующим образом:

$$K_{n}=lambda / D, (43)$$

Когда число Кнудсена равно или больше диаметра трубопровода, скажем, К„> I, свойства потока определяются столкновениями молекул газа и стенкой канала, поэтому течение потока является молекулярным. Более подробные описания трех главных режимов течения приведены ниже.

Турбулентное течение

Турбулентное течение газа возникает при высоких градиентах давления, характеризуется завихрениями и редко встречается в вакуумной технике.

Однако на непродолжительное время оно все-таки возникает в момент начала откачки, когда давление газа и быстрота откачки являются достаточно высокими, а поток газа в вакуумном сосуде и соединительных трубах очень хаотичный. В течении потока отсутствует упорядоченность, он характеризуется возникающими и исчезающими вихрями.

Движение молекул газа в турбулентном потоке сложно и беспорядочно; слои газа могут иметь скорости и направления, весьма отличающиеся от средней скорости и общего направления потока. В условиях турбулентного потока давление газа и скорость потока в любой точке системы колеблются относительно средней величины.

Кроме очень специальных случаев (например в очень больших вакуумных системах), продолжительность существования турбулентного режима течения незначительна по сравнению с вязкостным и молекулярным.

В большинстве производственных систем нанесения тонкого слоя пленки для снижения первоначальной быстроты откачки, уменьшения турбулентности в камере и, как следствие, минимизации образования пыли или частиц, а также загрязнения подложек используются специальные технологии «мягкой откачки».

Читайте также:  Полиуретановая оболочка для труб

Несмотря на свою нерегулярность, турбулентный поток можно описать с помощью законов вероятности. Существование турбулентного потока определяется величиной безразмерного числа Рейнольдса. Если число Рейнольдса больше 2100, поток всегда будет полностью турбулентным; например, течение воздуха при комнатной температуре по круглому трубопроводу является турбулентным, если

  1. $$ frac{pF}{d}> 5 cdot 10^{5}, (44)$$
  2. где F – расход газа в трубопроводе, л/с; р – это среднее давление воздуха; d – это диаметр трубопровода.
  3. Во многих ситуациях, однако, турбулентным потоком можно пренебречь, поскольку он, как правило, возникает всего лишь в течение небольшого периода времени (в трубе между механическим насосом и вакуумной системой) на первоначальной стадии откачки от атмосферного давления.

Вязкостное или ламинарное течение

Структура данного режима течения газа значительно проще, чем у турбулентного потока. Ламинарное течение возникает при средних градиентах давления, когда X < (d/100) (где X - средняя длина свободного пути молекул, d - диаметр трубопровода).

Вязкостный поток является равномерным и упорядоченным; каждая частица, проходящая через какую-либо точку, следует по тому же пути, что и предыдущая частица, проходящая через эту точку. Скорости потока пропорциональны градиенту давления и вязкости газа. Слои потока параллельны друг другу в отличие от случая с турбулентным потоком.

Средняя длина свободного пути молекул невелика по сравнению с линейными размерами канала, следовательно, характеристики потока зависят от столкновений молекул, а вязкость газа оказывает влияние на скорость потока. Вязкостный ламинарный поток часто возникает в форвакуумных линиях диффузионных насосов.

Условия для формирования вязкостного течения возникают по мере того, как продолжающаяся откачка уменьшает давление, а число Рейнольдса снижается до 2200. Вихри больше не образуются, а энергия, возникающая в результате градиента давления, используется для поддержания стабильного потока.

Скорость и давление со временем выравниваются, а поток становится сплошным, т. е. слои потока имеют равномерный и непрерывный вид, слегка искривляясь в районе изгибов и других неровностей трубы.

Рядом со стенкой газ находится почти в состоянии покоя, при этом в направлении к оси трубы слои газа скользят быстрее по отношению друг к другу, пока на оси трубы скорость не достигнет максимума. Вязкость имеет важное значение для определения расхода газа через трубопровод при данных условиях. Этот тип течения называется либо вязкостным, либо ламинарным, его описывает закон Пуазейля:

$$ frac{Q}{P_{1}-P_{2}}=K frac{d^{4} P}{ eta L} , (45)$$

где L – длина трубопровода диаметром d Q – поток газа; η – коэффициент вязкости газа; К – числовая постоянная.

Под действием градиента давления смежные слои газа передают разницу давления друг другу, приводя в движение весь газ в направлении меньшего давления.

Вязкостный поток может возникать, только когда средняя длина свободного пути молекул невелика по сравнению с диаметром трубопровода.

Со стенками трубопровода сталкиваются только те молекулы, которые находятся рядом с ними, и поскольку такие молекулы представляют собой всего лишь малую долю от общего числа присутствующих молекул, характер стенок не оказывает значительного воздействия на величину потока.

Молекулярное течение

Если давление газа снижается еще больше (при этом по-прежнему вдоль трубопровода поддерживается градиент давления), средняя длина свободного пути молекул газа увеличивается и приближается по значению к диаметру трубопровода, тогда режим течения потока изменяется.

Ламинарное течение исчезает, поскольку молекулы теперь сталкиваются со стенками трубопровода, а не друг с другом. Когда давление достаточно низкое, молекулы перемещаются внутри трубопровода независимо друг от друга, поэтому течение газа становится «молекулярным».

Давление вдоль трубопровода больше не является движущей силой для перемещения потока газа вдоль трубопровода.

При таких низких значениях давления молекулы перемещаются в произвольных направлениях, и имеет место только переход газа из области высокого давления в область низкого давления вследствие процесса диффузии.

Молекулярное течение характеризуется столкновениями молекул со стенками трубопровода, а не с другими молекулами газа. Скорости потока пропорциональны разности давлений на концах трубы, а также обратной величине квадратного корня молекулярной массы газа. Зависимость величины потока от вязкости начинает уменьшаться, потому что межмолекулярные столкновения становятся менее частыми.

При значениях давления, достаточно низких для того, чтобы средняя длина свободного пути молекул была в несколько раз больше диаметра сосуда или канала, молекулы мигрируют по системе свободно и независимо друг от друга.

Такой режим называется свободно-молекулярным или просто молекулярным течением, а значения скорости потока газа главным образом зависят от столкновений молекул со стенками трубы. Молекулярный поток возникает при высоком вакууме, когда X > (d/3).

Когда механический насос удаляет газ из трубопровода, соединяющего его с вакуумной камерой, газ перемещается в направлении насоса посредством столкновений с соседними слоями. Так происходит при вязкостном режиме течения, на что указывает его пропорциональная зависимость от градиента давления.

Когда высоковакуумный насос перекачивает газ непосредственно из камеры, насос улавливает молекулы и препятствует их возвращению обратно в камеру: при этом типичный КПД высоковакуумных насосов составляет приблизительно 40%. При молекулярном течении, в котором межмолекулярные столкновения являются редкими, одни молекулы могут выходить от насоса независимо от молекул, перемещающихся в направлении насоса.

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.

3.3. 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.
Читайте также:  Труба стояковая для отопления

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;

png” width=”18″>–
диаметр трубопровода, м;–
плотность газа, кг/м3;

png” width=”17″>–
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.

Лекция №4

4.1. Взаимодействие газов с твердыми телами

  1. При соприкосновении
    газа с твердым телом происходит
    одновременно два противоположных
    процесса:
  2. 1) сорбция – это
    поглощение газа твердым телом;
  3. 2) десорбция –
    выделение газа из твердого тела.

  4. Используя вещества
    с большой сорбционной способностью,
    можно существенно улучшить вакуум в
    вакуумной системе.

С помощью десорбции
можно обезгазить твердое тело, т.е.

устранить опасность газовыделения из
материалов и деталей в готовых вакуумных
устройствах.

Виды сорбции:

  • адсорбция – это поглощение газа путем удержания его на поверхности твердого тела, твердое тело называется адсорбентом;
  • абсорбция – это поглощение газа внутрь твердого тела, твердое тело называется абсорбентом.

Адсорбция
бывает физической и химической.

Физическая
адсорбция

характеризуется малой прочностью связи
между адсорбентом и газом. Подобно
конденсации физическая адсорбция
происходит с выделением тепла
(экзотермический процесс) и протекает
очень быстро. Конденсацию можно
рассматривать как частный случай
адсорбции вещества.

Химическая
адсорбция

(хемосорбция)
характеризуется более прочной связью
между адсорбентом и молекулами газа.
Хемсорбция происходит с поглощением
тепла (эндотермический процесс), поэтому
для нее требуется сообщение молекулам
газа дополнительной энергии – энергии
активации.

Абсорбция
подразделяется
на два вида:

  • образование твердого раствора;
  • химическая реакция.

Образование
твердого раствора
.

Проникающие внутрь кристаллической
решетки твердого тела абсорбируемые
молекулы газа, занимая свободные узлы
или места между узлами кристаллической
решетки, продолжают принимать участие
в тепловом движении молекул абсорбента.

При достаточно большой амплитуде
колебания молекулы растворяющегося
газа срываются с занятых мест и
диффундируют на новые места. Перемещаясь
в сторону своей меньшей концентрации,
газ постепенно распространяется по
всему объему.

Химическая
реакция

газа с твердым телом приводит к образованию
нового химического соединения как на
поверхности, так и внутри абсорбента.

ПОИСК

    Если течение газа по трубопроводу происходит под действием малого [c.280]

    Наличие течения газа- по трубопроводу означает, что на газ, молекулы которого находятся в хаотическом тепловом движении, действует сила, обусловленная перепадом давлений Р) и р2 на концах трубопро-зода.

Объем газа, протекающего через поперечное сечение в единицу времени, пропорционален разности рг —рь По аналогии с процессом прохождения, количества электричества в электрической цепи в вакуумной технике введено понятие сопротивления течению W.

Под сопротивлением понимается отнощение перепада давлений в рассматриваемом участке вакуумной системы к потоку газа, проходящему через этот участок  [c.35]

    ТЕЧЕНИЕ ГАЗА ПО ТРУБОПРОВОДАМ Пропускная способность трубопроводов в вязкостном режиме [c.44]

    Течение газов по трубопроводам [c.20]

    Величина молекулярной вязкости газа имеет большое значение для определения характера течения газа по трубопроводу в процессе его откачки и для расчета сопротивления трубопроводов откачке. [c.9]

    Течение газа по трубопроводу. В зависимости от степени разрежения течение газа по трубопроводу носит различный характер. [c.9]

    Режимы течения газа по трубопроводу играют важную роль в вакуумной технике, так как сопротивление, создаваемое трубопроводом, зависит от того, какой режим течения газа имеет место в процессе откачки. [c.10]

    Пропускная способность трубопровода (количество газа, проходящее через трубопровод в единицу времени) зависит прежде всего от степени вакуума, определяющей режим течения газа по трубопроводу. Кроме того, она зависит от размеров и формы сечения трубопровода, а также от температуры и рода откачиваемого газа. [c.30]

    Рассмотренные нами различия в поведении газа с точки зрения проявления его внутреннего трения или вязкости играют важную роль в процессе течения газа по трубопроводу, соединяющему откачиваемый объем с насосом.

Однако этот процесс связан также с рядом других свойств газа, и влияние степени вакуума па течение газа по трубке целесообразно рассмотреть в главе, посвященной расчету вакуумных систем. [c.

48]

    ТЕЧЕНИЕ ГАЗА ПО ТРУБОПРОВОДАМ Турбулентный режим течения газа [c.368]

    Течение газа по трубопроводам. …. Турбулентный режим течения газа. .. [c.431]

    Коэффициент сопротивления % при изотермическом течении газов по трубопроводу с постоянным сечением будет постоянным, так как [c.80]

    Возникает вопрос может быть изотермическая скорость течения газа по трубопроводу произвольно большой или нет Для ответа на него преобразуем уравнение (2-37). [c.80]

    Следовательно, существует предел скорости течения газа по трубопроводу, соответствующий критическому давлению ркр на выходе. Дальнейшее падение давления на выходе из трубопровода ниже этого значения уже не повышает скорости газа. Таким образом, при подсчете расхода газа следует учитывать значения критического давления или возможный минимум давления в конце трубы. [c.81]

    Рассмотрим теперь второй крайний случай, а именно адиабатическое течение газа по трубопроводу (папример, трубопровод покрыт очень хорошей теплоизоляцией). Уравнение энергетического баланса для горизонтального трубопровода (1-27) упрощается и принимает следующий вид  [c.81]

    Математический анализ выведенных зависимостей для адиабатического течения газа в трубопроводе дает возможность также доказать, что существует максимум расхода газа, который соответствует условиям, возникающим тогда, когда газ на выходе трубопровода достигает скорости звука. Оказывается также, что уравнение адиабатического течения газа по трубопроводу дает практически такие же результаты, как и уравнение изотермического течения. Для очень коротких труб и больших перепадов давлений адиабатический расход будет больше (но не будет превышать 20% ) изотермического расхода. [c.83]

    Течение газа по трубопроводу при нормальном давлении имеет обычно турбулентный характер. Однако если при поддержании постоянной объемной скорости, или линейной и будем уменьшать давление, то будет уменьшаться число Рейнольдса, так как вязкость газов почти не зависит от давления. Из этого следует, что при определенном понижении давления течение газа принимает ламинарный характер.

Оказывается все же, что когда вакуум будет очень высоким, т. е. давление будет равняться долям микронов (1ц =10 мм) ртутного столба, характер движения подвергнется коренному изменению. Меняются также некоторые свойства газов. Именно вязкость, которая обычно не зависит от давления, в глубоком вакууме пропорциональна давлению. То же самое можно сказать о теплопроводности. [c.

132]

    Рассмотренные нами различия в поведении газа с точки зрения проявления его внутреннего трения или вязкости играют важную роль в процессе течения газа по трубопроводу, соединяющему откачиваемый объем с насосом.

Одна- [c.45]

    На фиг. 2, б та же система представлена при открытом клапане. При этом в сосуде высокого давления допускается повышение давления до Ртгл>Р, в соответствии С установленными нормами. По мере течения газа по трубопроводу вследствие его сопротивления давление падает до Рих

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector