§ 3.5.2. Инерционный и вязкостный режимы течения

В низком вакууме при высоких давлениях возможно существование инерционного режима течения газа, аналогичного турбулентному режиму, рассматриваемому в гидродинамике. При этом силы инерции движущейся массы газа, вызывающие образование вихрей, приводят к сложному характеру распределения скорости движения газа по поперечному сечению элемента.

При течении газов в трубопроводах условие существования инерционного режима можно записать в другой форме, выражая иг через поток газа Q: v_r=4Q/(nd²p). Для воздуха при комнатной температуре условие R_e>2200 можно переписать в виде Q>3- 10³d, где Q — поток газа, м³-Па/с; d — диаметр трубопровода, м.

В элементах вакуумных систем такие потоки существуют очень редко. В основном они встречаются в момент запуска некоторых вакуумных установок. Поэтому в дальнейшем этот режим течения газа рассматривать не будем, считая его нехарактерным для вакуумных систем. В низком вакууме основную роль играет вязкостный режим течения газа, при котором характер распределения скорости в поперечном сечении определяется силами внутреннего трения.

При высоком вакууме силы внутреннего трения в газах стремятся к нулю и существует режим течения газа, для которого характерно независимое перемещение отдельных молекул. Такой режим течения называется молекулярным.

В среднем вакууме на течение газа одновременно оказывают влияние внутреннее трение и молекулярный перенос. Существующий при этом переходный режим течения называют молекулярно-вязкостным.

Граничные условия существования различных режимов течения газа в вакуумных системах в зависимости от критерия Кнудсена Кп — отношения средней длины свободного пути молекул газа L к эффективному размеру с?Эф — представлены в табл. 3.6.

В каждом режиме для любого из элементов вакуумных систем существует своя зависимость проводимости от давления, температуры и характерных размеров элемента.

Далее в качестве примера рассмотрим эти зависимости для двух типов элементов вакуумных систем: отверстий и трубопроводов.