В’язкість газів у вакуумній техніці.

При переміщенні твердого тіла зі швидкістю
за рахунок передачі кількості руху молекул газу виникає сила внутрішнього тертя

В області низького вакууму весь газ між рухомою 2 і нерухомою пластинами 1 (рис 1 ) можна розділити на шари товщиною
, де
— Середня довжина вільного шляху. Швидкість руху кожного шару різна і лінійно залежить від відстані між поверхнями перенесення. У площині
відбуваються зіткнення молекул , що вилетіли з площин
і
. Причиною виникнення сили в’язкісного тертя є те, що окремі шари газу, що рухаються як єдине ціле, мають різну швидкість, внаслідок чого відбувається перенесення кількості руху з одного шару в інший.

Зміна кількості руху в результаті цього зіткнення дорівнює
. Приймаючи , що в середньому в негативному та позитивному напрямі осі
за одиницю часу одиницю площі у площині
перетинають
молекул отримаємо загальну зміну кількості руху в одиницю часу для площини
:
(1).

Сила тертя по всій поверхні переносу, згідно з другим законом Ньютона, визначається загальним зміною кількості руху в одиницю часу:

( 2 ), де
— Площа поверхні перенесення;
— Коефіцієнт динамічної в’язкості газу:

( 3 )

Ставлення
називають коефіцієнтом кінематичної в’язкості

Суворіший висновок, в якому враховано закон розподілу швидкостей і довжин вільного шляху молекул, дає
що мало відрізняється від наближеного значення

Якщо в ( 3 ) підставити значення залежних від тиску змінних
, то

. ( 7 )

Згідно з отриманим виразом, коефіцієнт динамічної в’язкості при низькому вакуумі не залежить від тиску.

Температурну залежність коефіцієнта в’язкості можна визначити. якщо підставити ( 3 )
і
відповідно з формул:

( 6 )

і

у формулу (3). Звідси маємо:

( 4 )

Відповідно до ( 4 )
залежить від
, де
змінюється від ½ при високих температурах
до
при низьких температурах при
. У всіх випадках коефіцієнт динамічної в’язкості збільшується при підвищенні температури газу.

Значення коефіцієнтів динамічної в’язкості для деяких газів при
дані в таблиці.

ТАБЛИЦЯ 1

Для двокомпонентної суміші коефіцієнт динамічної в’язкості розраховується за формулою:

,

де
;
;
;
;
і
знаходять із формули
. Величина
у цьому випадку залежить від складу газової суміші.

В області високого вакууму молекули газу переміщуються між поверхнею, що рухається, і нерухомою стінкою без зіткнення. У цьому випадку силу тертя можна розрахувати за рівнянням:

( 5 )

Знак « — » у формулі ( 5 ) означає , що напрям сили тертя протилежний напрямку переносної швидкості
.

Сила тертя в галузі високого вакууму пропорційна молекулярній концентрації або тиску газу. Рівняння ( 5 ) з урахуванням ( 6 ) можна перетворити на такий вид :

, ( 9 )

звідки видно, що сила тертя зростає пропорційно до кореня квадратного з абсолютної температури.

В області середнього вакууму можна записати апроксимуючий вираз. розраховуючи градієнт переносної швидкості в проміжку між поверхнями переносу за такою формулою:

,

де
— Відстань між поверхнями переносу. Тоді з урахуванням ( 7 ) сила тертя у сфері середнього вакууму :

(8).

Легко помітити, що в умовах низького вакууму при
формула ( 8 ) з ( 2 ) , а в умовах високого вакууму при
з (9).

Залежність від тиску сили тертя тонкої пластини площею
, що рухається в повітрі при
зі швидкістю
, на відстані між поверхнями перенесення
показано на рис 2 .

В’язкість газів використовується для вимірювання тисків в області середнього і високого вакууму, проте в’язкі манометри не отримали поки широкого застосування через тривалість реєстрації тиску. Набагато ширше явище в’язкості використовується в технології одержання вакууму. На цьому принципі працюють струменеві ежекторні насоси, що випускаються промисловістю для роботи в галузі низького вакууму.

1 . Розрахункова схема визначення коефіцієнта в’язкості в газах при низькому тиск у вакуумі .

2 . Сила тертя, що виникає під час руху тонкої пластини у вакуумі.

При
,
,
, ,
.

Використовувана література :

1. Л.М. Розанів. Вакуумна техніка.
2. Москва «Вища школа» 1990.
3. {Slava KPSS}
4. {by Slava KPSS} .
5. Дата створення: понеділок, 20 Травня 2002 р.

© Реферат плюс