真空技术基础二课件

真空技术基础（二）FundamentalsofVacuumTechniques（II）1GasTransportunderNormalPressureBasicConcepts平衡态：宏观物理量随时间不变，随空间分布均匀；非平衡态：宏观物理量随时间变化，随空间分布不均匀；典型的宏观物理量：温度（temperature）、流速（currentvelocity）、密度(massdensity)等，这些量分别与能量、动量、质量等相关，也是我们关注最多的量。Transport(迁移现象):在没有外界作用的情况下，物理量的空间分布不均匀性会由于热运动的结果而最终趋于均匀，也就是达到平衡态；如果有外界的作用，那么容易实现稳态的物理量的随空间的不均匀分布。实际的例子如散热器、真空泵等。在非平衡态下，气体各部分之间物理量不等，其中发生的相互传送、交换等过程就叫做迁移现象或者输运过程。不仅在真空技术的研究中，而且在材料科学很多领域的研究中本质的问题都是在探讨某种粒子的迁移现象的规律和机制。VacuumandTransport:在真空技术中，对于气体的输运性质的研究是非常重要的。一方面，真空度不同，气体输运的特征不同；另一方面，为了获得预计的真空，需要仔细分析气体输运的特点。基本的特点是：高压：气体稠密，气体分子间碰撞频繁，与器壁碰撞可以忽略；中压：气体稀薄，分子间碰撞少，与器壁碰撞重要；低压：气体非常稀薄，分子间碰撞可以忽略，与器壁碰撞是主要的。TransportEquation：若一个物理量g在空间的分布不均匀，由于分子的热运动，该物理量会由高浓度地方向低浓度地方迁移，在单位时间内经过面积ds迁移量是：考虑MaxwellDistributionLaw，有GasInternalfraction（气体内摩擦）现象的描述：气体或者流体各部分的速度不同，使得运动快的速度降低，而运动慢的速度提高，各层之间有摩擦力存在。又叫作粘滞现象。显然各层之间输运的物理量是动量。关于粘滞方程：1、粘滞系数与气体的摩尔质量的平方根成正比；2、粘滞系数随温度增加而增加；3、常压下，粘滞系数与气体密度无关；4、中压和低压下，气体分子间碰撞不是主要的矛盾，导致粘滞系数与压力相关；GasThermalConduction:热传导中传递的物理量是能量E，满足：ThermalConductionEquation：SpecialCase：平行板的热传导公式：同心圆筒的热传导公式：GasDiffusion气体的扩散是由于气体各部分密度不同而产生的，由于气体的热运动，使得气体沿着浓度梯度方向移动，发生了质量的迁移；扩散分为两种：自扩散（self-diffusion）和互扩散（inter-diffusion）。扩散的根源是密度的不均匀，它不是气体所特有的性质，一切物质只要存在浓度梯度就可以扩散。Self-diffusionEquation:Inter-diffusionEquation:2GasTransportunderMiddleandLowPressure中压下的滑动现象中压意味着气体分子平均自由程与器壁的尺度差不多，此时分子间碰撞的机会少，与器壁的碰撞是主要的。气体分子间碰撞交换的动量有限。气体在容器内部的速度分布是线性的。更为重要的是靠近器壁的气体分子速度与器壁速度不同，出现了速度突变，这个现象叫做