容器充氣時(shí)間計(jì)算公式quan.doc

真空容器充氣時(shí)間計(jì)算公式 真空冷凍干燥結(jié)束時(shí),需充氣取出工件。向真空容器內(nèi)充氣時(shí)間的計(jì)算,真空技術(shù)網(wǎng)曾經(jīng)給出了計(jì)算公式。作者在利用這些公式計(jì)算充氣時(shí)間時(shí)發(fā)現(xiàn)了不合理的現(xiàn)象: 充氣過程開始慢、中間快、結(jié)束時(shí)慢,因此對(duì)這些公式的適用范圍產(chǎn)生了質(zhì)疑。本文從壅塞流的角度,認(rèn)為真空技術(shù)網(wǎng)提供的公式僅適用于亞音速充氣過程,并推導(dǎo)出了音速充氣與亞音速充氣時(shí)間的計(jì)算公式、簡易計(jì)算式,供大家參考、討論。壅塞流簡介 當(dāng)通過閥孔向真空容器內(nèi)充氣時(shí),給定氣源壓力為大氣壓,真空容器內(nèi)真空度越高,流速越大,當(dāng)流速達(dá)到音速時(shí),會(huì)產(chǎn)生壓力突變, 流速不再隨真空容器內(nèi)真空度的升高而增加,保持音速充氣。真空容器充氣時(shí)間計(jì)算 研究表明,當(dāng)氣源壓力與真空容器內(nèi)壓力之比大于臨界壓力比時(shí),充氣過程為音速充氣過程,反之則為亞音速充氣過程。對(duì)于空氣,臨界壓力比約為1.9(1/0.525)。真空冷凍干燥過程結(jié)束時(shí)的充氣可視為氣源壓力為101325Pa,容器壓力為0.5Pa的充氣過程。壓比遠(yuǎn)大于臨界壓力比,因此,此充氣過程為先音速充氣,后亞音速充氣。容易證明,大氣壓下的空氣通過閥孔流入真空容器時(shí),不論真空容器內(nèi)的壓力如何改變,流動(dòng)狀態(tài)只能是粘滯流。在粘滯流狀態(tài)下,氣體流經(jīng)小孔的流量為式中A 充氣閥孔截面積,m2Pa 大氣壓力,PaP2 真空容器內(nèi)壓力,PaK 絕熱指數(shù),取k=1.4R 氣體常數(shù),8.3143J/(K.mol)M 氣體摩爾質(zhì)量,kg/molT 氣體溫度,KQ 流量,Pa.m3/s真空狀態(tài)下流量公式為式中P 容器壓力,PaV 氣體體積,m3t 時(shí)間,s音速充氣所需時(shí)間音速充氣時(shí),充氣流量為定值,由式(2)知容器壓力與充氣時(shí)間成線性關(guān)系。因此可以很容易的推導(dǎo)出音速充氣時(shí)間計(jì)算公式:式中t 充氣時(shí)壓力由P0上升到P所需時(shí)間,sP0 真空容器充氣前初始?jí)毫?PaP 真空容器充氣后壓力,PaQc 音速狀態(tài)下流量,Pa.m3/s對(duì)于20的空氣,P0= 0.5Pa可得到簡易計(jì)算式:當(dāng)然式(4)成立的條件是P/Pa0.525。對(duì)于式(4),令P=0.525Pa,就得到音速充氣的總時(shí)間:亞音速充氣所需時(shí)間對(duì)于亞音速充氣過程,由式(1)可知,充氣流量與真空容器內(nèi)壓力有關(guān),但某一時(shí)刻,流量可視為定值,因此可用積分求取。式(2)的微分形式可表示為:兩邊定積分可求得亞音速充氣時(shí)間公式為: 式中V 真空容器容積,m3A 充氣回路合成有效截面積,m2Pc 臨界壓力,取0.525Pa由式(7)可以得到20,101325 Pa 的空氣氣源亞音速充氣總時(shí)間:充氣總時(shí)間綜上所述,充氣時(shí)間是一個(gè)分段函數(shù)。對(duì)于20,101325Pa的空氣源,時(shí)間-壓力關(guān)系可表示為:真空容器從0.5Pa充氣到101325Pa的時(shí)間為:氣動(dòng)系統(tǒng)中向氣罐、氣缸、管路及其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)充氣或由其排氣所需的時(shí)間及溫度變化是正確利用氣動(dòng)技術(shù)的重要問題，計(jì)算較為煩瑣，在此只列其公式以便使用。 一、充氣溫度與時(shí)間計(jì)算 1.充氣時(shí)引起溫度變化，充氣后的溫度為： 式中： 氣源溫度( K )；k 絕熱指數(shù)；、 容器的開始、結(jié)束內(nèi)壓(Pa)。 2.充氣時(shí)間 式中： 容器內(nèi)的初始?jí)毫?Pa)； 氣源的壓力(Pa)； 充、放氣時(shí)間常數(shù)(s)。 二、放氣溫度與時(shí)間計(jì)算 1.放氣時(shí)引起溫度變化，放氣后的溫度為： 式中：、 容器的開始、結(jié)束內(nèi)壓(Pa)； 容器內(nèi)初始溫