Из практики известно, что в случае внешней откачки (диффузионные насосы и др.) для малогабаритных установок - а ≈ 0,1; для крупногабаритных - а ≈ 0,01.
Если принять, что величина вероятности захвата частицы поверхностью испытываемого объекта b ≈ 0,1, то для случая внешней откачки получим коэффициент возврата, равный Z = Z0≈10, и, следовательно, каждая молекула вернется на испытуемый объект 10 раз, прежде чем она будет захвачена стенкой (см. рисунок 3.1.3.). В этом случае моделирование вакуумных условий космического пространства будет несовершенным.
Для получения более совершенного вакуумного моделирования необходимо использовать систему внутренней откачки, когда откачные устройства являются частью внутренней поверхности установки и откачка осуществляется насосами поверхностного действия – криогенными и т. п.
В случае использования внутренней откачки, а ≈ 0,8, а коэффициент возврата (при b = 0,1) равен:
(3.1.10.)
т. е. вакуумные условия в установке приближаются к вакуумным условиям в космосе.
Можно оценивать степень совершенств моделирования космического вакуума по т.н. коэффициенту “самозагрязнения” Cs, который определяется как отношение скорости возвращения молекул на объект после их отражения от откачивающих стенок к скорости, с которой они испаряются с поверхности объекта:
(3.1.11.)
(здесь и далее для простоты считаем, что вся внутренняя поверхность вакуумной камеры откачивающая, т. е. K ≈ 1).
Величина Cs связано с Cm следующим образом:
(3.1.12.)
В качестве еще одной характеристики степени совершенства моделирования вакуумных космических условий может быть введена продолжительность формирования монослоя молекул или атомов на поверхности испытуемого объекта (τ*m):
(3.1.13)
где τ*i - продолжительность сублимации (испарения) монослоя с единичной поверхности КА, определяемая по формулам Кнудсена — Лэнгмюра.
Скорость неравновесного испарения (сублимации) чистого вещества с поверхности записывается следующим образом:
(3.1.14)
где Gi – масса вещества, сублимирующего в единицу времени с единичной площадки; Сi, - коэффициент испарения (0<Сi<1); ps – равновесное давление насыщенного пара вещества при температуре его поверхности Ts, Ts - температура поверхности вещества; pv - давление в облаке паров над аблирующей поверхностью; R - универсальная газовая постоянная; М - молекулярная масса паров вещества поверхности.
Скорость неравновесной конденсации равна
(3.1.15)
где Gi - масса вещества, конденсирующегося в единицу времени на единичной площадке; Сс – коэффициент конденсации (0<Сс<1) (другие названия:коэффициент захвата, коэффициент прилипания); р — эквивалентное давление пара при температуре поверхности Ts, которое обеспечивает скорость конденсации, определенную в экспериментальных условиях.
При сублимации в высоком и сверхвысоком вакууме pv≈0 и уравнение (3.1.14.) упрощается и принимает вид
(3.1.17.)
где Gm – полная масса частиц, уходящих за единицу времени с единичной площадкой поверхности сублимации в условиях термодинамического равновесия, определяемая после преобразования как
(3.1.18.)
Уравнение (3.1.18.) может быть преобразовано также к другому удобному для использования виду
, (3.1.19.)
а ρ - плотность сублимирующего материала в г/см-3.
Зависимость коэффициента испарения Сi от температуры сублимирующей поверхности Ts не совсем ясна; но известно что загрязнение поверхности приводит к значительному уменьшению Сi.
Установлено, что если Сi<1, то молекулы пара отличаются от молекул конденсата вследствие ассоциации, диссоциации или полимеризации. При этом нарушается картина кинетического равновесия, на основе которого выведено уравнение (3.1.19.). В связи с этим вещества можно условно подразделить на класс веществ с 0,1 ≤ Ci ≤ 1 и класс веществ с Сi < 0,1.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.