抽气时间与压强的计算ppt

油封机械泵在大气压到102 Pa范围内抽速近 似为常抽速。抽气方程为(忽略)：
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则可得抽气时间计算的最基本的公式
如果管路的流导C远小于泵的抽速Sp，则C/ Sp的 值远小于1，此时真空系统对容器的有效抽速 Se≈C，这就是说,在这种情况下,选择多大的泵 都没有用，都不能提高泵对容器的有效抽速。
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真空系统抽气方程 真空泵的气体负荷主要来自真空室内的各种气
体，包括： (1)被抽容器内原有的空间大气。若容器的容
，一般用油封式机械泵和分子筛吸附泵来完成。 油封式机械泵在大气压到100Pa范围抽速近似为常 数，100-0.5Pa时抽速变化较大，而分子筛吸附泵 对氮气的吸附速率近似为常数。所以，低真空抽 气时间的计算可分为近似常抽速和变抽速两种情 况 近似常抽速时抽气时间的计算 不考虑管道影响和漏放气的抽气时间计算
或
Se

C 1 C
(c)
C
Sp
如果知道泵的抽速Sp和管路的流导C，就可以 计算出系统对容器有效抽速，这个方程被称
为真空技术基本方程。 6
有效抽速小于泵的抽速，也小于管道的流导
如果管路的流导C远大于泵的抽速Sp，则Sp /C的 值远小于1，此时真空系统对容器的有效抽速 Se≈ Sp 。这就是说为了充分发挥泵对容器的抽 气作用，在设计真空系统管路时，应使管路的 流导尽可能大一些。因此真空管路应该粗而短 ，切不可细而长。这是设计连接管道时的一条 重要原则。
这个方程称为真空系统抽气方程。
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式中：V是被抽容器的容积，由于随着抽 气时间t的增长，容器内的压力P降低，所以容器 内的压强变化率dP/dt是个负值。因而VdP/dt是 个负值，这表示容器内的气体减少量。放气流量 Qf，渗透气流量Qs，蒸发的气流量Qz和漏气流量QL 都是使容器内气体量增多的气流量。SeP则是真 空系统将容器内气体抽出的气流量，所以方程中 记为- SeP 。
1 V C ＞＞1 2 A L SP
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泵的有效抽速
如果用Se来表示真空系统对容器的有效抽速， 用Sp表示真空泵的抽速，C表示真空容器出口到 真空泵入口之间管路的流导，则有
1 1 1 Se C Sp 可以改写为 :
Se

CSp C Sp
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(a)
或
Se
Sp 1 Sp
(b)
经过足够长时间的抽气后，系统所能达到的最 低压力。
有效抽速：是指在容器出口处的压力下，单位 时间内真空系统能够从被抽容器中所抽除的气 体体积。真空系统对容器的有效抽速不仅取决 于真空泵的抽速，也取决于真空系统管路对气 体的导通性能，即所说的流导。
抽气时间：是指从大气压抽空到所需压强为止 的时间。
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真空系统抽气的亚稳态流动条件：
真空系统在抽到所需要的真空度之前，都处于 压强逐渐降低的过程中，即系统内的压力随时 间变化。这一过程属于非稳态过程，其中的气 体流动属于非稳定流动。当抽除的气体流量等 于系统中的放气流量时，系统内各处的压强不 在变化，即稳定流动。
计算抽气时间一般指从大气压开始抽空到所需 压强为止的时间，这一过程属于非稳定流动过 程，需要求解复杂的微分方程，比较困难，因 此人们把满足一定条件的非稳定流动近似看做 为稳定流动来计算，称为亚稳态流动。
积为V m3，抽气初始压强为P0 Pa，则容器内原 有的空间大气量为VP0 Pa·m3；
(2)被抽容器被抽空后各种材料的放气。单位 时间内的放气流量可以用Qf Pa·m3/s来示；
实验表明，材料表面单位时间内单位 表面积的放气率q可以用下面的经验公式来计 算
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式中：q1是抽空1h后放气速率，Pa·m3/(m2·s) ；q0是抽空时间无限长之后材料表面的放气速率 ，Pa·m3/(m2·s)；t是抽空时间，h；是与材料 种类及其预处理状况有关的放气时间指数，值在 0.5～2之间变化。真空室内暴露于真空下的构件 表面可能有多种材料，总的表面放气流量Qf为:
(4)液体或固体蒸发的气体流量Qz，Pa·m3/s 。
(5)大气通过各种真空密封的连接处，通过各 种漏隙通道泄漏进入真空室的漏气流量QL ， Pa·m3/s 。
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真空系统的抽气方程 当真空泵启动之后，真空系统即对被抽容器
抽气。此时，真空系统对容器的有效抽速若以 Se表示，容器中的压力以P表示，则单位时间 内系统所排出的气体流量即是SeP。容器中的 压强变化率为dP/dt,容器内的气体减少量即是 VdP/dt。根据动态平衡，可列出如下方程:
《真空系统设计》之四
抽气时间与压强的计算
东北大学
抽气时间与压强的计算
真空技术基本方程 亚稳态流动条件 泵的有效抽速 真空系统抽气方程 抽气时间计算 低真空抽气时间计算 高真空抽气时间计算 抽气过程中容器内压强的计算
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真空技术基本方程
真空系统最主要的性能参数： 极限真空度：是指在没有外加负荷的情况下，
对于设计制造良好的真空系统，放气、 渗气、漏气和蒸发的气体流量微小，在抽气初始 阶段的气体负荷主要是容器内原有的空间大气。 而当抽至1-10-1Pa时，容器中残存的气体主要是 漏放气。排气流量大时，漏放气可以忽略，当排 出气体主要是漏放气时，抽气过程可能很慢。
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低真空抽气时间的计算： 从大气压到0.5Pa范围的抽气为低真空抽气阶段
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如果真空系统满足以下 两个条件，抽气过程为 亚稳定流动的过程。
（1）容器的容积大于 管道的容积。
（2）抽气过程进行的 很慢。
V Sp
1,
A C
L
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V — —容器容积； S p — —泵的抽速； A — —管道的截面积； L — —管道的长度； C — —管道的流导；
1 — —容器的时间常数； 2 — —管道的时间常数；
式中：Ai是第i种材料暴露在真空下的表面积， m2；q1i是第i种材料在抽空1h后的表面放气速率， Pa·m3/(m2·s)；βi是第i种材料的放气时间指 数；Q0是抽气时间无限长后总的放气流量， Pa·m3/s；t是抽空时间，h。
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(3)大气通过容器壁结构材料向真空室内渗透 的气体流量Qs ，Pa·m3/s。