真空發生器的工作原理

2022-08-27 16:12:05 字數 1127 閱讀 4145

真空發生器主要由噴嘴和擴張管組合而成(見圖1所示)。氣體一元定常等熵流動的能

收稿日期:2004-10-20

作者簡介:鄭欣榮(1948-),男,浙江杭州人,高階工程師,從事真空與自動化技術的科研與教學。

量方程即可壓縮流體的伯努里方程[1]如下:

1式中p為壓力;為密度;v為流速; ,其中cp為定壓比熱,cv為定容比熱; const為常數。

將0點的狀態引數代入式(1),由於流出噴管時的流速v0為超音速,可知該點的絕對壓力p0值很小,因而可得到所需的真空度。在低壓部s處如果匯入二次氣流(g″、ps、ts、vs),高速的一次氣流(g』、pn、tn)將與之混合,並交換動能,二次氣流被加速,高速的混合氣體通過擴張管減速,動能再次轉化為壓力能。這樣,若在s處接入欲抽真空的系統,則可達到抽真空之目的。

該過程的熱力學分析[2]如下:壓縮空氣g′通過噴管在0處變成超音速氣流,由於氣流的速度很快,而噴管的尺寸很小,故氣體在噴管中流動時,來不及與外界發生熱交換,可近似地看作絕熱過程。在流動過程中,氣體的各種引數一般是連續變化的,摩擦的影響較小,可以忽略,因而可近似地看作是可逆過程,故該過程可近似地看作是等熵過程。

整個熱力學過程可用焓—熵狀態變化圖表示(圖2)。圖2中各點符號與圖1相對應。n點為噴管進口狀態點;o′為假想等熵過程噴管出口點;o為實際噴管出口狀態點;3′為擴張管假想等熵過程出口狀態點;3為擴張管實際出口狀態點。

如一次流體從進口壓力pn經絕熱膨脹後在噴管出口處壓力為p0,則出口流速v0可由式(2)求出

(2)式中ηn為速度係數,一般取0.94~0.96;

r為氣體常數;

圖2中噴管兩端的焓差為:

3式中a為熱功當量。

假設真空口吸入壓力ps與噴管出口壓力p0相等,則混合後的流速v1為:

4)式中ηm為速度係數,一般取ηm=0.95 ~ 0.98;, 其中g′為噴管內的一次流量,g″為真空口處吸入的二次流量;

混合後的焓值i1為:

5)擴張管出口處流速為v3,狀態點1至3過程近似可看成絕熱過程,則

6)式中ηd為擴張管的效率,一般取ηd=0.6 ~ 0.8;

狀態點1經等熵過程到達3′點,對應焓值i3′為:

7)通過3′點的等壓線p3即為擴張管出口的壓力,實際出口狀態點3的焓值為:

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