培训系列之2真空工程理论基础ppt课件.ppt
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1、经作者授权,版权所有归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空工程真空工程理论基础理论基础东北大学第八期真空技术培训班讲义之二 2011,5.132011.5.23主讲人:东北大学主讲人:东北大学 张世伟张世伟经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。o之一:真空技术的历史、现在与将来 o之二:真空工程理论基础o之三:科技论文的检索、撰写与发表o之四:清洁真空获得技术o之五:真空系
2、统设计o之六:真空系统设计辅助软件的使用o之七:真空测量o之八:真空装置与系统的检漏o之九:大型真空装置的监测与故障诊断o之十:专家座谈o之十一:真空获得技术o之十二:现代表面与薄膜技术o之十三:真空材料与真空卫生o之十四:真空技术应用及计算实例经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空工程理论基础 讲授提纲o真空的基本概念o真空区域的划分o真空的性质与应用o真空中的气体流动o蒸汽在真空中的性质o真空中的电现象o气体的宏观性质o气体的微观性质o结束经作者授权,版权归东北大学真空
3、与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空的基本概念o真空的定义o自然真空与人为真空o真空技术的历史回顾o真空技术的应用领域 经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空区域的划分o划分真空区域的必要性o真空区域的划分原则 真空物理性质 真空获得技术 真空测量技术 真空应用技术o真空区域划分标准 经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何
4、单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空区域的划分o划分真空区域的必要性划分真空区域的必要性 真空度的范围:105 10-14 Pa(19个数量级)相当于:1 光年 1 mmo划分:低真空o 中真空 高真空 超高真空,极高真空 经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空区域的划分o真空区域的划分原则真空区域的划分原则-真空的物理性质真空的物理性质o低真空:力学性质,o中真空:液体沸点降低,气体放电 o高真空:绝热,绝缘,无氧化 o超高真空:获得清洁表面,o
5、极高真空:宇航,物理研究 经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空区域的划分o真空区域的划分原则真空区域的划分原则-真空获得技术真空获得技术o低真空:旋片泵,水环泵,滑阀泵o中真空:罗茨泵,油增压泵 o高真空:扩散泵,分子泵 o超高真空:离子泵,升华泵,低温泵 经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空区域的划分o真空区域的划分原则真空区域的划分原则-真空测量
6、技术真空测量技术o低真空:液位式真空计,指针式真空表o中真空:热偶计,电阻计,薄膜规 o高真空:热阴极电离计,冷阴极电离计 o超高真空:B-A规,o极高真空:调制规,弯注规 经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空区域的划分o真空区域的划分原则真空区域的划分原则-真空应用技术真空应用技术o真空应用设备中 (用户自己定义,不规范)前级泵:低真空 次级泵:高真空o如:感应炉:油增压泵(高)+滑阀泵(低)经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著
7、者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空区域的划分o真空区域划分标准真空区域划分标准(GB/T3163-2007)o低真空(LV):105 102 Pao中真空(MV):102 10-1 Pao高真空(HV):10-1 10-5 Pao超高真空(UHV):10-5 10-9 Pao极高真空(VHV):10-9 10-14 Pa经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空的性质与应用o力学性质o沸点降低与蒸发加强o绝热、绝缘与隔音作用o清洁
8、环境与表面 经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空的性质与应用o真空的力学性质真空的力学性质o真空与大气之间存在压力差约为:1kgf/cm2o真空力学性质特点:无处不在,而且均匀恒定,可以作为良好的动力来源。经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空的性质与应用o真空力学性质的应用(真空力学性质的应用(1)o真空的吸着、夹持、搬运、提升夹持、搬运、提升o方式
9、:使用吸头、吸盘。o特点:结构简单、使用方便、夹持可靠。o历史回顾:1651年,马德堡半球实验o使用实例:胶印机吸纸;平板玻璃浮法生产线及手工搬运;轧钢厂钢板的翻板机;电视机显象管生产线;电子元件、炮弹的搬运等等。经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空的性质与应用o真空力学性质的应用(真空力学性质的应用(2)o气流携带方式的动力输送气流携带方式的动力输送o原理:利用二相流。o特点:被输送物不与动力机构接触,不受破坏;适合于将各个分散物向集中地输送(气压输送恰好相反)。o使用
10、实例:吸尘器;伦敦的邮政信件传递;粮食、冶金配料等颗粒物料的输运;等等。经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空的性质与应用o真空力学性质的应用(真空力学性质的应用(3)o气压推进方式的动力输送气压推进方式的动力输送o用于液体传送。o特点:被输送液体不污染动力机构,适用于腐蚀、粘稠液体的输送。o使用实例:真空排污车;医疗中用的真空吸痰器、手术刀吸血;真空铸造、成型、吸塑;化工溶液输送;真空过滤等经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同
11、意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空的性质与应用o沸点降低与蒸发加强沸点降低与蒸发加强o在真空中,物质的性质发生变化:液体沸点降低,蒸发升华加强。o液面上方大气压等于饱和蒸汽压时液体沸腾,同时飞出液面的分子易于扩散。o如:青藏高原大气压力为380Toor,水的沸点为80。铝在一个标准大气压时要2400时才能蒸发,在 10-3 Pa 只要847就大量蒸发。经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空的性质与应用o沸点降低与蒸发加强的应用(沸
12、点降低与蒸发加强的应用(1)o脱水与干燥脱水与干燥o在真空环境下,使干燥过程加快。o主要用途:干燥粮食;纺织业的纤维干燥;印染的真空去碱;造纸工业中的纸张脱水;水泥预制件的快速干燥;化工行业的真空蒸馏、分馏、浓缩等。经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空的性质与应用o沸点降低与蒸发加强的应用(沸点降低与蒸发加强的应用(2)o真空冷冻干燥真空冷冻干燥o原理:在低温低压环境下,将固体中含有的水分以固体的形式升华除去,从而可以保持固体原有的许多特性。o应用实例:医学上的血浆存储(
13、组织工程);食品、药品、保健品工业中的保鲜干燥处理等。经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空的性质与应用o沸点降低与蒸发加强的应用(沸点降低与蒸发加强的应用(3)o真空浸渍真空浸渍o电力行业中的真空浸渍:电动机、变压器、电容器,同等功率时电压越高,电流越小。为了节省材料,需要提高绝缘等级,即:脱水、脱气,充填满绝缘油等。o工艺:先抽空,脱水、脱气,再高压充油、漆。o浸渍技术的新应用:人造大理石的变色;木材改造;耐火砖浸沥青。经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与
14、原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空的性质与应用o绝热、绝缘与隔音作用绝热、绝缘与隔音作用o热量的传递方式:辐射、对流和热传导;o抽真空的作用:去掉对流和气体热传导;加辐射屏的作用:降低辐射;最终达到绝热的目的。o绝热应用绝热应用实例:暖水瓶;不锈钢保温壶;低温容器(杜瓦瓶);液氧槽车;超导技术中需要低温环境,离不开真空;o电绝缘:电绝缘:真空环境下无导电载体,因而起到绝缘的效果。应用实例:真空开关,无电弧。o隔音隔音:无气体传递声音。应用实例:真空玻璃。经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经
15、本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空中气体的流动o气体流动的原因o气体流动的状态、特征与判别 粘滞流 过渡流 分子流o气体流动的几个概念o真空技术基本方程 经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空中气体的流动o气体流动的原因气体流动的原因o当真空管道两端存在着压力差时,气体就会自动的从高压处向低压处扩散,便形成了气体流动。o真空中的气体流动是气体自发扩散的结果o任何真空系统都是由气源、系统构件及抽气装置组成的,气体从气
16、源经过系统的构件向抽气口源源不断的流动,是动态真空系统的普遍特点。经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空中气体的流动o气体流动的状态与原因气体流动的状态与原因o湍湍 流流 压力驱动压力驱动o粘滞流粘滞流 压力驱动压力驱动o过渡流过渡流 混合原因混合原因o分子流分子流 自由扩散自由扩散经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空中气体的流动o气体流动的状态与特征
17、气体流动的状态与特征o湍湍 流流 o粘滞流粘滞流 o过渡流过渡流 o分子流分子流 经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空中气体的流动o气体流动状态的判别气体流动状态的判别判据判据o雷诺数雷诺数o湍湍 流流o粘滞流(层流)粘滞流(层流)o克努曾数克努曾数nkdeDuR2200eR 1200eR 经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空中气体的流动o气体流动状
18、态的判别气体流动状态的判别o粘滞流粘滞流o过渡流过渡流o分子流分子流1001d311001d31dmPadp1mPadpmPa103.0mPadp03.0经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空中气体的流动o气体流动的几个概念气体流动的几个概念o体积流率体积流率 qv:(抽气速率、抽速)单位时间内流过管道指定截面的气体体积(m3/s)。o气体量气体量G:气体压力与体积的乘积(Pa m3)。o流量流量q qG :单位时间内通过管道某一截面的气体量(Pa m3/s)。VGqpq经
19、作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空中气体的流动o气体流动的几个概念气体流动的几个概念o流量连续方程:流量连续方程:在稳定流动状态下,通过管道各截面上的气体流量相等。2211VVGqpqpq经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空中气体的流动o气体流动的几个概念气体流动的几个概念流导流导o定义:定义:在单位压差下,流经一段管道的气流量大小,称为该管道的流导
20、,又叫通导能力。是一个反映管道允许流过气体能力大小的参数,具有体积流率的量纲(m3/s)。o公式:一段管道的流导等于通过管道的气体流量与管道两端的压力差之比)/(21ppqCG12()GqCpp经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空中气体的流动o气体流动的几个概念气体流动的几个概念流导流导o性质:元件的流导与所流过气体的流动状态有关:粘滞流态时,流导值与元件的几何结构尺寸及流过气体的平均压力有关;分子流态时,流导值仅与元件的几何结构尺寸有关。o用途:流导是各种真空系统元件(
21、管道、阀门、冷阱等)的主要技术指标之一,直接反映元件对气体流动的阻碍程度。是真空系统设计与计算中需要首先计算的重要参数。经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。真空中气体的流动o气体流动的几个概念气体流动的几个概念流导流导o并联并联元件的总流导等于各分支流导的和o串联元件的总流导的倒数等于各元件流导的倒数之和:nCCCC111121 nCCCC 21经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载
22、本讲义,或用于商业用途。真空中气体的流动o气体流动的几个概念气体流动的几个概念o真空技术基本方程真空技术基本方程1/1/PePPPPSCSSCCC SSSC经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。蒸汽在真空中的性质o蒸汽的概念o饱和蒸汽压o蒸汽对真空的影响o水蒸气o蒸汽的汽化潜热经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。蒸汽在真空中的性质o蒸汽的概念蒸汽的概念o又称可
23、凝性气体,是相对永久性气体而言的。对于任何一种气体都有一个临界温度,处在临界温度以上的气体,不能通过等温压缩发生液化,称为永久气体;而在临界温度以下的气体,靠单纯增加压力即能使其液化,便是蒸汽。经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。蒸汽在真空中的性质o饱和蒸汽压饱和蒸汽压o封闭空间中,蒸汽与液体(固体)达到动态平衡时所保持的状态称为饱和状态,此时的蒸汽压力称为对应当时温度下的饱和蒸汽压,当时的温度则称为饱和温度,即对应当时压力的沸点。o饱和蒸汽压与饱和温度的一一对应关系,由物质
24、性质所决定。经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义,或用于商业用途。蒸汽在真空中的性质o蒸汽对真空的影响蒸汽对真空的影响o挥发性强的物质相当于放气源,常常会限制系统极限真空度的提高,极限压力不会低于最高的饱和蒸汽压。o系统各部分温度不同时,系统中蒸汽的分压力与最低温度的饱和蒸汽压相等,多余的蒸汽物质将凝聚在最低温度表面上。(低温泵、冷阱提高真空度的原理,冻干)经作者授权,版权归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意,任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义
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