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真空容器充氣時間計算公式 真空冷凍干燥結束時,需充氣取出工件。向真空容器內(nèi)充氣時間的計算,真空技術網(wǎng)曾經(jīng)給出了計算公式。作者在利用這些公式計算充氣時間時發(fā)現(xiàn)了不合理的現(xiàn)象: 充氣過程開始慢、中間快、結束時慢,因此對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,認為真空技術網(wǎng)提供的公式僅適用于亞音速充氣過程,并推導出了音速充氣與亞音速充氣時間的計算公式、簡易計算式,供大家參考、討論。壅塞流簡介 當通過閥孔向真空容器內(nèi)充氣時,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,當流速達到音速時,會產(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。真空容器充氣時間計算 研究表明,當氣源壓力與真空容器內(nèi)壓力之比大于臨界壓力比時,充氣過程為音速充氣過程,反之則為亞音速充氣過程。對于空氣,臨界壓力比約為1.9(1/0.525)。真空冷凍干燥過程結束時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,不論真空容器內(nèi)的壓力如何改變,流動狀態(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 時間,s音速充氣所需時間音速充氣時,充氣流量為定值,由式(2)知容器壓力與充氣時間成線性關系。因此可以很容易的推導出音速充氣時間計算公式:式中t 充氣時壓力由P0上升到P所需時間,sP0 真空容器充氣前初始壓力,PaP 真空容器充氣后壓力,PaQc 音速狀態(tài)下流量,Pa.m3/s對于20的空氣,P0= 0.5Pa可得到簡易計算式:當然式(4)成立的條件是P/Pa0.525。對于式(4),令P=0.525Pa,就得到音速充氣的總時間:亞音速充氣所需時間對于亞音速充氣過程,由式(1)可知,充氣流量與真空容器內(nèi)壓力有關,但某一時刻,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間:充氣總時間綜上所述,充氣時間是一個分段函數(shù)。對于20,101325Pa的空氣源,時間-壓力關系可表示為:真空容器從0.5Pa充氣到101325Pa的時間為:氣動系統(tǒng)中向氣罐、氣缸、管路及其他執(zhí)行機構充氣或由其排氣所需的時間及溫度變化是正確利用氣動技術的重要問題，計算較為煩瑣，在此只列其公式以便使用。 一、充氣溫度與時間計算 1.充氣時引起溫度變化，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、結束內(nèi)壓(Pa)。 2.充氣時間 式中： 容器內(nèi)的初始壓力(Pa)； 氣源的壓力(Pa)； 充、放氣時間常數(shù)(s)。 二、放氣溫度與時間計算 1.放氣時引起溫度變化，放氣后的溫度為： 式中：、 容器的開始、結束內(nèi)壓(Pa)； 容器內(nèi)初始溫