Вакуумная техника: Методические указания и контрольная работа

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский  государственный  университет
 низкотемпературных  и  пищевых  технологий

Кафедра криогенной техники

ВАКУУМНАЯ  ТЕХНИКА

Методические указания
и контрольная работа
для студентов специальности 070200
специализаций 070201 и 070202
 факультета заочного обучения и экстерната

Санкт-Петербург  2004

УДК  621.52

Иванов В.И. Вакуумная техника: Метод. указания и контрольная    ра-бота для студентов спец. 070200 специализаций 070201 и 070202 факультета заочного обучения и экстерната. – СПб.: СПбГУНиПТ, 2004. – 14 с.

Представлены краткие сведения о средствах создания и измерения вакуума, излагается методика изучения курса, даются подробные указания к выполнению контрольной работы.

.

Рецензент

Доктор техн. наук, проф.  А.Я. Эглит

Рекомендованы к изданию методической комиссией факультета заочного обучения и экстерната

Ó Санкт-Петербургский государственный

университет низкотемпературных

и пищевых  технологий, 2004

ВВЕДЕНИЕ

В обычной практике вакуумом принято считать состояние газа при давлении ниже атмосферного. При рассмотрении явлений переноса в газах массы и энергии под вакуумом подразумевается разрежение, при котором средняя длина свободного пути молекул становится больше размеров сосуда, содержащего газ.

В настоящее время вакуум широко используется  во многих отраслях промышленности и науки. Современная вакуумная техника обслуживает многочисленные научные исследования  и технологические процессы с самыми различными требованиями к «чистоте», предельному значению получаемого вакуума и производительности используемых средств откачки. В криогенных системах вакуумное оборудование стало неотъемлемой их составной частью. Здесь вакуум используется прежде всего для целей тепловой изоляции низкотемпературных объектов от окружающей среды. Кроме того, вакуум необходим для регенерации сорбентов в блоках очистки газов, для снижения температуры кипения криогенных жидкостей, для получения шуги жидкого водорода, для транспортирования криоагентов и для удаления воздуха или азота из аппаратов и коммуникаций криогенных установок перед заполнением их рабочим газом – гелием, водородом или неоном.

В то же время криогеника все чаще выступает не только как «потребитель» вакуума, но и как «поставщик». Криогенные конденсационные и сорбционные вакуумные насосы в ряде случаев являются единственно приемлемыми средствами откачки. Это относится к камерам имитации космического пространства и атмосферы других планет, к крупным аэродинамическим трубам разреженного газа и т. д. Наконец, криогенные вакуумные насосы являются одним из наиболее эффективных средств создания «чистого» вакуума,  в чем особенно заинтересованы современные отрасли науки и техники.

МЕТОДИЧЕСКИЕ  УКАЗАНИЯ
ПО  ИЗУЧЕНИЮ  КУРСА

Задачей курса «Вакуумная техника» является изучение физических принципов, лежащих в основе работы вакуумных насосов различных типов и средств измерения вакуума, овладение методикой расчета вакуумных систем, изучение основных технологических схем установок низкого, среднего и высокого вакуума, а также получение необходимых знаний  по эксплуатации вакуумного оборудования.

При изучении отдельных разделов курса рекомендуется в соответствии с программой и методическими указаниями прочитать относящийся к данной теме материал по литературным источникам и кратко законспектировать основные положения данной темы.

Изучение курса необходимо начать с рассмотрения и уяснения роли, назначения и применения вакуумного оборудования в различных областях науки и техники. Ознакомиться с историей развития вакуумной техники, с принятой в настоящее время классификацией вакуумных насосов и средств контроля вакуума, отметив области предпочтительного применения их основных типов в зависимости от степени требуемого вакуума.

По курсу «Вакуумная техника» студент обязан выполнить конт-рольную работу и ряд лабораторных работ. Контрольная работа связана с проведением расчетов на ПК характеристик вакуумной системы.

Выполнение лабораторных и контрольной работ проводится в сроки, установленные учебным планом. Обучение заканчивается сдачей зачета по курсу. Ссылки на рекомендуемую литературу соответствуют списку литературы, который приведен в конце данных методических указаний.

1. Теоретические основы вакуумной техники

При изучении данного раздела необходимо уяснить такие понятия кинетической теории газов, как: давление и плотность газа; число молекул, попадающих в единицу времени на единицу площади; скорость теплового движения молекул; средняя длина свободного пути.

Затем необходимо усвоить основные определения вакуумной техники и, опираясь на них, сделать вывод основного уравнения вакуумной техники. Далее следует ознакомиться с критериями определения границ режимов течения газа в каналах и  методикой определения длительности откачки объекта.

Изучение этого раздела заканчивается разбором таких вопросов, как адсорбция и десорбция газов твердыми телами, конденсация и испарение (сублимация) газов на охлаждаемых поверхностях.

Вопросы для самопроверки

1. Как объяснить давление газа с точки зрения молекулярно-кинетической теории?

2. Насколько средняя арифметическая скорость движения молекул водорода больше, чем молекул азота?

3. Как определить, сколько молекул газа ударяется о поверхность за время t, с?

4. Сравните длину свободного пробега молекул газа при атмосферном давлении и при 10^–3  Па.

5. В чем отличие молекулярного режима течения газа от вязкостного?

Литература: [1], пп. 2.1, 2.2, 2.4, 2.5, 3.1 – 3.3, 3.9;  [3].

2. Измерение вакуума