真空技術(shù)基礎(chǔ)二課件

真空技術(shù)基礎(chǔ)（二）FundamentalsofVacuumTechniques（II）1GasTransportunderNormalPressureBasicConcepts平衡態(tài)：宏觀物理量隨時(shí)間不變，隨空間分布均勻；非平衡態(tài)：宏觀物理量隨時(shí)間變化，隨空間分布不均勻；典型的宏觀物理量：溫度（temperature）、流速（currentvelocity）、密度(massdensity)等，這些量分別與能量、動(dòng)量、質(zhì)量等相關(guān)，也是我們關(guān)注最多的量。Transport(遷移現(xiàn)象):在沒有外界作用的情況下，物理量的空間分布不均勻性會(huì)由于熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果而最終趨于均勻，也就是達(dá)到平衡態(tài)；如果有外界的作用，那么容易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)的物理量的隨空間的不均勻分布。實(shí)際的例子如散熱器、真空泵等。在非平衡態(tài)下，氣體各部分之間物理量不等，其中發(fā)生的相互傳送、交換等過程就叫做遷移現(xiàn)象或者輸運(yùn)過程。不僅在真空技術(shù)的研究中，而且在材料科學(xué)很多領(lǐng)域的研究中本質(zhì)的問題都是在探討某種粒子的遷移現(xiàn)象的規(guī)律和機(jī)制。VacuumandTransport:在真空技術(shù)中，對(duì)于氣體的輸運(yùn)性質(zhì)的研究是非常重要的。一方面，真空度不同，氣體輸運(yùn)的特征不同；另一方面，為了獲得預(yù)計(jì)的真空，需要仔細(xì)分析氣體輸運(yùn)的特點(diǎn)?；镜奶攸c(diǎn)是：高壓：氣體稠密，氣體分子間碰撞頻繁，與器壁碰撞可以忽略；中壓：氣體稀薄，分子間碰撞少，與器壁碰撞重要；低壓：氣體非常稀薄，分子間碰撞可以忽略，與器壁碰撞是主要的。TransportEquation：若一個(gè)物理量g在空間的分布不均勻，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，該物理量會(huì)由高濃度地方向低濃度地方遷移，在單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過面積ds遷移量是：考慮MaxwellDistributionLaw，有GasInternalfraction（氣體內(nèi)摩擦）現(xiàn)象的描述：氣體或者流體各部分的速度不同，使得運(yùn)動(dòng)快的速度降低，而運(yùn)動(dòng)慢的速度提高，各層之間有摩擦力存在。又叫作粘滯現(xiàn)象。顯然各層之間輸運(yùn)的物理量是動(dòng)量。關(guān)于粘滯方程：1、粘滯系數(shù)與氣體的摩爾質(zhì)量的平方根成正比；2、粘滯系數(shù)隨溫度增加而增加；3、常壓下，粘滯系數(shù)與氣體密度無關(guān)；4、中壓和低壓下，氣體分子間碰撞不是主要的矛盾，導(dǎo)致粘滯系數(shù)與壓力相關(guān)；GasThermalConduction:熱傳導(dǎo)中傳遞的物理量是能量E，滿足：ThermalConductionEquation：SpecialCase：平行板的熱傳導(dǎo)公式：同心圓筒的熱傳導(dǎo)公式：GasDiffusion氣體的擴(kuò)散是由于氣體各部分密度不同而產(chǎn)生的，由于氣體的熱運(yùn)動(dòng)，使得氣體沿著濃度梯度方向移動(dòng)，發(fā)生了質(zhì)量的遷移；擴(kuò)散分為兩種：自擴(kuò)散（self-diffusion）和互擴(kuò)散（inter-diffusion）。擴(kuò)散的根源是密度的不均勻，它不是氣體所特有的性質(zhì)，一切物質(zhì)只要存在濃度梯度就可以擴(kuò)散。Self-diffusionEquation:Inter-diffusionEquation:2GasTransportunderMiddleandLowPressure中壓下的滑動(dòng)現(xiàn)象中壓意味著氣體分子平均自由程與器壁的尺度差不多，此時(shí)分子間碰撞的機(jī)會(huì)少，與器壁的碰撞是主要的。氣體分子間碰撞交換的動(dòng)量有限。氣體在容器內(nèi)部的速度分布是線性的。更為重要的是靠近器壁的氣體分子速度與器壁速度不同，出現(xiàn)了速度突變，這個(gè)現(xiàn)象叫做