真空技術基礎二課件

真空技術基礎（二）FundamentalsofVacuumTechniques（II）1GasTransportunderNormalPressureBasicConcepts平衡態(tài)：宏觀物理量隨時間不變，隨空間分布均勻；非平衡態(tài)：宏觀物理量隨時間變化，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、動量、質量等相關，也是我們關注最多的量。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由于熱運動的結果而最終趨于均勻，也就是達到平衡態(tài)；如果有外界的作用，那么容易實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)的物理量的隨空間的不均勻分布。實際的例子如散熱器、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)象或者輸運過程。不僅在真空技術的研究中，而且在材料科學很多領域的研究中本質的問題都是在探討某種粒子的遷移現(xiàn)象的規(guī)律和機制。VacuumandTransport:在真空技術中，對于氣體的輸運性質的研究是非常重要的。一方面，真空度不同，氣體輸運的特征不同；另一方面，為了獲得預計的真空，需要仔細分析氣體輸運的特點?；镜奶攸c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：若一個物理量g在空間的分布不均勻，由于分子的熱運動，該物理量會由高濃度地方向低濃度地方遷移，在單位時間內(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，使得運動快的速度降低，而運動慢的速度提高，各層之間有摩擦力存在。又叫作粘滯現(xiàn)象。顯然各層之間輸運的物理量是動量。關于粘滯方程：1、粘滯系數(shù)與氣體的摩爾質量的平方根成正比；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；4、中壓和低壓下，氣體分子間碰撞不是主要的矛盾，導致粘滯系數(shù)與壓力相關；GasThermalConduction:熱傳導中傳遞的物理量是能量E，滿足：ThermalConductionEquation：SpecialCase：平行板的熱傳導公式：同心圓筒的熱傳導公式：GasDiffusion氣體的擴散是由于氣體各部分密度不同而產(chǎn)生的，由于氣體的熱運動，使得氣體沿著濃度梯度方向移動，發(fā)生了質量的遷移；擴散分為兩種：自擴散（self-diffusion）和互擴散（inter-diffusion）。擴散的根源是密度的不均勻，它不是氣體所特有的性質，一切物質只要存在濃度梯度就可以擴散。Self-diffusionEquation:Inter-diffusionEquation:2GasTransportunderMiddleandLowPressure中壓下的滑動現(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，此時分子間碰撞的機會少，與器壁的碰撞是主要的。氣體分子間碰撞交換的動量有限。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，這個現(xiàn)象叫做