Глава 1. Области применения и основные понятие вакума

Аннотация.

В данной работе рассмотренны виды насосов, изпользованные в ходе работы, постановка и описание эксперимента по получению зависимости влияния давления на теплопроводность газов в вакуме.

Содержание.

Введение……………………………………………………………………..…….5

Глава 1.Области применения и основные понятие вакума………………….…

Глава 2. Понятие теплопроводимости..................................................................

2.1Уравнение теплопроводимости..........................................................

2.2 Вязкость газов......................................................................................

2.3 Перенос теплоты в вакууме..................................................................

Глава 3. Понятие давления...................................................................................

Глава 4. Практическое нахождение зависимости теплопроводимости от давления...................................................................................................................

4.1 Эксперментальное нахождение.............................................................

4.2 Расчет по формуле ….............................................................................

4.3 Анализ полученных результатов...........................................................

Выводы………………………………………………..…………………….……..

Список используемой литературы…………………….………………………...

Введение.

Целью данной курсовой работы является иследование зависимости теплопроводимости газов от давлений в вакуме.

Актуальность работы заключается в том, что зависимость теплопроводности газа от давления используется в вакуумметрах - приборах для измерения вакуума.

Задача курсовой работы: Ознакомиться с усотановкой форвакумного насоса, и с его помощью иследовать зависимость теплопроводимости газов при изменение давлений.

Поставленную задачу можно решить:

1)Путем экспериментального измерения теплопроводимости в вакумной установке при изменение давления в системе.

2)Теоретически рассчитать по закону Стефана - Больцмана: .

В результате эксперимента была полученна зависимость теплопроводимости газов от давлений.

Глава 1. Области применения и основные понятие вакума.

Техническое применение вакуума непрерывно расширяется, но наиболее важным применением остается электронная техника. В электронных приборах вакуум является конструктивным элементом и обязательным условием их функционирования в течение всего срока службы. Низкий и средний вакум используется в осветительных приборах и газозарядных устройствах. Высокий вакуум находит свое применение в приемно-усилительных и генераторных лампах.Особенно широко вакумная техника применяется в производстве микросхем, где процессы нанесения тонких пленок, ионного травления, электронолитографии обеспечивают получение элементов электронных схем субмикронных размеров.[1]

Под вакуумом понимают состояние газа ( или пара), при котором его давление значительно ниже атмосферного. В качестве атмосферного давления обычно принимают Па, поэтому вакууму соответствуют давления ниже

рис 1. Схема простой вакуумной системы:

1- откачиваемый объем, 2,3- манометры, 4- насос, 5- трубопровод. [2]

На рисунке 1 приведена схема простой вакуумной системы, согласно которой откачиваемый объем 1 соединен с насосом 4 посредством трубопровода 5; при этом давления и на концах трубопровода 5 измеряются с помощью манометров 2 и 3. Течение газа обусловлено разностью давлений .

Под откачкой понимают процесс уменьшения молекулярной концентрации газа при помощи устройств, удаляющих или поглощающих газ. Время, необходимое для снижения давления в откачиваемом объеме до определенного значения при использовании конкретных устройств откачки, называется временем откачки.

Быстрота откачки , объекта определяется объемом газа при данном давлении, который откачивается в единицу времени через сечение вакуумного трубопровода, соединяющего откачиваемый объект с насосом

1.1

Величину Sоб называют также эффективной быстротой откачки насоса Sэф.

Под быстротой действия (или быстротой откачки) Sн вакуумного насоса понимают объем газа, откачиваемый насосом в единицу времени через входной патрубок при фиксированном давлении р1=const

1.2

Производительность Qн вакуумного насоса определяется потоком газа, проходящего через входное сечение насоса.

Будем считать, что газовый поток является стационарным, т.е. Q=const. Тогда условие сплошности газовой среды можно записать в виде

1.3

где индекс i соответствует произвольному сечению вакуумного трубопровода.

Из уравнения 1.3 вытекают следующие зависимости между тремя основными характеристиками вакуумной системы: быстротой действия Sн вакуумного насоса, эффективной быстротой откачки объекта Sэф и проводимостью U вакуумного труборовода между насосом и откачиваемым объектом:

1.4.

Тогда основное уравнение вакуумной техники, которое отражает отличие эффективной быстроты откачки объекта Sэф от быстроты действия вакуумного насоса Sн при наличии трубопровода проводимостью U, будет иметь следующий вид:

или 1.5.

При низком вакууме имеет место вязкостный режим течения разреженного газа. В бесконечно длинном прямом трубопроводе круглого поперечного сечения поток газа Q, , определяется законом Пуазейля 1.6.

Где dтр и Lтр- диаметр и длина вакуумного трубопровода, м; p1 и p2- давления газа на концах трубопровода, Па; η- коэффициент динамической вязкости, Па*с.

Формула для расчета проводимости U, , круглого трубопровода при вязкостном режиме течения будет выглядеть так

1.7.

где η- коэффициент динамической вязкости газа.

Подставляя в (1.7) значение этого коэффициента для воздуха при Т=293 К, получим 1.8

Для любого газа проводимость трубопровода Uгаз, , можно найти по следующей формуле: 1.9

Вакуумная система представляет собой совокупность взаимосвязанных устройств, обеспечивающих создание и поддержание вакуума, приборов для вакуумных измерений, а также откачиваемых сосудов и связывающих их вакуумных трубопроводов.

Основную часть вакуумной системы представляет собой вакуумная камера, которая должна обеспечить необходимые для проведения технологического процесса вакуумные условия в течение заданного времени. Форма вакуумных камер, их размеры и конструкционные особенности определяются технологическим процессом.Основными конструкционными элементами камер являются: обечайки, крышки, днища, патрубки и фланцы. Наибольшее распространение в вакуумном оборудовании получили цилиндрические вакуумные камеры.

Для передачи электрической энергии и механического движения механизмам и узлам, находящимся в вакуумных камерах технологического оборудования, используют вакуумные вводы.

Вакуумные трубопроводы являются одной из основных частей вакуумных установок и предназначены для соединения различных элементов вакуумных систем. С целью обеспечения наибольшей проводимости вакуумный трубопровод должен иметь минимальную длину и максимальный диаметр. Длина трубопровода обычно назначается из конструктивных соображений, связанных с удобством размещения элементов в каркасе вакуумной установки. Диаметр трубопровода определяют при проектировочном расчете, исходя из требований к его проводимости. Вакуумные трубопроводы должны выдержать атмосферное давление без разрушения или потери устойчивости.

Для герметичного перекрытия вакуумных коммуникаций, регулирования давлений и напуска газов в рабочий объем установок применяют различные типы запорно- регулирующей аппаратуры: краны, натекатели и др.

В вакуумном оборудовании детали соединяются между собой, образуя соединения. Неразъемные герметичные соединения обычно получаются сваркой, пайкой, склеиванием и герметизацией эпоксидными смолами. К разъемным соединениям относятся штуцерные, штуцерно- ниппельные, фланцевые и герметичные муфтовые соединения.

Основными критериями при выборе вида соединения являются: степень вакуума, рабочая температура, условия взаимодействия с окружающей средой и влияние излучений. [2]