特殊熱處理技術(shù).ppt

氣體分子運(yùn)動論在真空技術(shù)的應(yīng)用,氣體的壓力與平均分子動能 分子運(yùn)動速度 麥克斯韋-波爾茲曼速度分布定律 分子速率的統(tǒng)計(jì)平均值,平均分子動能,3,由于氣體處于平衡狀態(tài)時(shí)，氣體分子沿各個(gè)方向運(yùn)動的概率相等，故有,平衡態(tài)下氣體分子速度分量平方的統(tǒng)計(jì)平均值為,px（N/V）m nm p px py pz1/3nm pnkT px是N個(gè)氣體分子對垂直于X軸容器比產(chǎn)生的壓力； 為n個(gè)分子的 的平均值 氣體壓力及分子的平均動能與絕對溫度成比例,平均分子動能,2,v,2,麥克斯韋-波爾茲曼速度分布定律,理想氣體在平衡態(tài)下分子的速率分布函數(shù) (1/n)*(dn/dv)=f(v)=4/1/2(m/2kT)3/2 V2e-mv2/2kT 式中m為分子質(zhì)量，T 為氣體熱力學(xué)溫度， k 為玻耳茲曼常量。 f (v ） 稱為速率分布函數(shù)設(shè)某系統(tǒng)處于平衡態(tài)下， 總分子數(shù)為 N ，則在vv+ dv 區(qū)間內(nèi)分子數(shù)的比率為,N,N,d,=,v,v,d,),(,f,速率分布曲線,N,N,d,=,v,v,d,),(,f,由圖可見，氣體中速率很小、速率很大的分子數(shù)都很少。 在dv 間隔內(nèi), 曲線下的面積表示速率分布在vv+ dv 中的分子數(shù)與總分子數(shù)的比率 在v1v2 區(qū)間內(nèi),曲線下的面積表示速率分布在v1v2之間的分子數(shù)與總分子數(shù)的比率,分子速率的三種統(tǒng)計(jì)平均值,平均速率 方均根速率 最概然速率,式中M 為氣體的摩爾質(zhì)量，R 為摩爾氣體常量,氣體分子運(yùn)動論在真空技術(shù)的應(yīng)用,通過孔洞的漏氣速度 q/n=3.64103(T/M)1/2A (cm3/s) 氣體分子平均自由程 =1/(21/2n2)=kT/ (21/2n2p)p 氣體分子直徑 氣體的輸運(yùn)過程 沿X軸有線性變化的物理量B在X軸的輸運(yùn)方程 氣體的沖量輸運(yùn)（內(nèi)摩擦） 能量輸運(yùn)（熱傳導(dǎo)）,輸運(yùn)方程,氣體的某以物理量的B（熱傳導(dǎo)中的能量、內(nèi)摩擦中的沖量、擴(kuò)散中的質(zhì)量等）的熱力學(xué)平衡收到干擾， 則此物理量將出現(xiàn)輸運(yùn)過程， 即在空間的移動 AnVavdt/6 B(x)-B/ x) -AnVavdt/6 B(x)+B/ x)=AnVavdt/3 B/ x n 為單位體積中的氣體分子數(shù)，Vav為氣體分子的平均速度；是氣體分子平均自由程，t為時(shí)間 A 為面積。,沿X軸具有線形變化的物理量B的輸運(yùn)現(xiàn)象,輸運(yùn)量與n、 Vav 、以及在X方向上B物理量的梯度成正比。 n與壓強(qiáng)成正比， 以壓強(qiáng)成反比， 其乘積所決定的輸運(yùn)量與壓強(qiáng)無關(guān)。,沖量的輸運(yùn)（粘滯性）,對面積為A的相鄰氣流層之間產(chǎn)生的切向力: F=A(v/y) 據(jù)分子運(yùn)動論導(dǎo)出: F1/3nm Vav Av/y 據(jù)定義粘滯系數(shù)在數(shù)值上等于單位面積上的切向力與速度梯度的商可導(dǎo)出:1 / 3nmVav 氣體密度nm 1 / 3 Vav 泊（P） 考慮速度分布定律及平均自由程的分布等因素導(dǎo)出： 0.499 Vav 加上Vav及推導(dǎo)式可得： 0.998/ 2(mkT/ )1/2,粘滯性造成的二平板內(nèi)的速度分布,在相當(dāng)大的溫度與壓力范圍內(nèi)： 與氣體分子量的平方根成正比； 隨溫度升高而增大； 與氣體壓強(qiáng)無關(guān)。,能量的輸運(yùn),熱傳導(dǎo)是真空中熱能的輸運(yùn)現(xiàn)象，是通過氣體分子的熱運(yùn)動是氣體的各部分溫度趨于均勻的過程 HkdT/ds 高壓強(qiáng)（粘滯態(tài)）下熱傳導(dǎo)（與壓強(qiáng)無關(guān)） k1/4（9 5）cv 其中 = cv +cp 低壓強(qiáng)（分子態(tài)）下熱傳導(dǎo)（與壓力成正比） E0(/2)/(pvi/Ti)(TA-Ti) (eg.單原子氣體） H在隨方向上每秒通過1cm2 的熱流量；dT/ds 在s方向上的溫度梯度；k導(dǎo)熱系數(shù)；cv等容比熱；cp等壓比熱；vi：Ti溫度時(shí)氣體分子的平均速度；TA較高溫度表面的溫度， E0單位時(shí)間內(nèi)單位面積表面的氣體輸運(yùn)的能量,氣體在管道中的流動,粘滯流 Pd66.7