真空物理-第3章低压下气流.pptxVIP

低压下气流探讨在真空环境下气体流动的行为和规律,对于设计真空装置和工艺有重要作用。了解气流在低压条件下的特点有助于优化真空系统的性能。作者：

绪论本章将深入探讨低压环境下气体分子运动的特征和规律。从宏观和微观两个层面阐述气体分子在低压条件下的行为特点及其对气体流动产生的影响。通过对自由分子流、黏性流和过渡流三种基本气体流动模式的分析比较，为后续实际应用场景的气流机理把握奠定基础。

1.1概述真空物理的重要性真空物理研究处于低压环境下气体的运动规律和行为特性,对于真空技术的发展、先进制造工艺以及基础科学研究等领域有着至关重要的作用。主要内容概述本章将围绕低压条件下气体分子的运动特点,探讨自由分子流、黏性流以及过渡流三种不同的气体流动模式及其计算方法。

低压下的气体分子运动在低压环境下,气体分子可以自由运动,平均自由程比常压下要长得多。这使得气体分子之间的碰撞大幅减少,流体性质也发生了改变。分子运动更加随机,表现出了明显的非连续性。与常压环境下相比,低压下气体分子的动量和能量交换更加有限,从而导致气体流动模式的变化。这些变化对于真空技术、真空成膜等领域都有重要意义。

低压环境下气体流动的重要性微观机理分析低压下气体分子运动状态的变化,对理解真空系统中的气体流动有重要意义。工艺控制优化对真空工艺如镀膜、干燥等的流动特性深入认知,有助于提高制造质量和效率。航天航空应用卫星、航天器在低压环境下的气流特点对飞行器设计和性能都有重要影响。

自由分子流自由分子流是真空环境中气体分子独立运动的流动状态。本节将探讨自由分子流的定义、特征以及相关计算方法。了解这一概念对于设计和优化真空系统至关重要。

自由分子流1定义自由分子流是指在极低压条件下，气体分子之间几乎不发生碰撞的流动状态。2分子平均自由程在自由分子流中，气体分子的平均自由程远大于气体流动通道的尺寸。3流动特点气体分子独立运动，不受周围气体分子的影响，流动方式呈现随机性。

2.2特征1K+千余10^5十万10^-3千分之一2M两百万—自由程自由分子流中气体分子平均自由程远远大于管道尺寸。自由分子流是在极低压力条件下出现的特殊气体流动模式。气体分子在不发生碰撞的条件下自由运动,平均自由程远远大于容器尺寸。流动过程中分子之间几乎没有相互作用,与容器壁面的碰撞起主导作用。这种特征使自由分子流呈现出独特的流动规律。

自由分子流的计算1分子自由程描述分子在碰撞前的平均行程2平均自由程用于计算分子在碰撞前平均经历的距离3无量纲数如高度、速度等相对于自由程的比值4流量计算基于上述参数计算自由分子流的流量自由分子流的计算需要考虑多个关键参数,包括分子的平均自由程、无量纲数等。这些数值的确定将直接影响到自由分子流的精确建模和流量计算,是理解和应用自由分子流的基础。

黏性流我们将探讨黏性流的定义、特征和计算方法。黏性流是一种由气体分子之间的相互作用所造成的流动模式,与自由分子流和过渡流形成对比。了解黏性流有助于更好地理解真空环境下的气体运动。

黏性流定义黏性流是指在低压环境下,气体分子之间存在较强的相互作用力,呈现连续流动特点的气体流动模式。特征黏性流具有明显的流场,分子间频繁碰撞,呈层流状态,适用于气体压力相对较高的场景。计算黏性流的计算依据纳维-斯托克斯方程,涉及流速分布、压力分布、粘性系数等因素。

黏性流的特征流体状态连续、粘稠流动特点受到内部摩擦力的影响,流速沿管道或流道呈抛物线状分布流动机理遵循Navier-Stokes方程,涉及流体的黏性和压力梯度应用场景管道运输、化工过程、流体机械等黏性流的特征是流体呈现连续状态,内部存在摩擦力,流速沿管道呈抛物线分布。它遵循Navier-Stokes方程,广泛应用于管道运输、化工过程和流体机械等领域。

黏性流的计算1动量传递方程黏性流的计算依赖于动量传递方程的建立和求解，描述了流体内部的速度分布和压力变化。2边界条件需要针对具体几何形状设定合理的边界条件，包括流体与壁面之间的速度和应力关系。3数值计算复杂的黏性流动通常需要借助数值仿真方法进行计算，如有限元法或有限体积法。

过渡流过渡流是指在自由分子流和黏性流之间的一种中间状态。这种流动模式介于两种极端情况之间,反映了气体在低压环境下复杂的流动特性。了解过渡流的规律对于精准控制真空系统中的气体流动至关重要。

过渡流定义过渡流指在低压环境下,气体流动状态介于自由分子流和黏性流之间的一种流动模式。压力范围过渡流通常发生在中等压力条件下,即10-1至10-4Pa之间。特征过渡流同时具有自由分子流和黏性流的特点,表现出更复杂的流动行为。

4.2过渡流的特征过渡流是介于自由分子流和黏性流之间的一种气体流动模式。它具有自由分子流和黏性流的部分特征,在一定的压力和尺度范围内出现。过渡流表现出复杂的流动特性,需要综合考