Прохождение газов через сквозные несплошности
При контроле герметичности изделий наиболее важной характеристикой процесса является поток вещества, проникающего через неплотность. Потоком Q газообразного или жидкого вещества называют количество вещества, проходящего через любое поперечное сечение проводящего канала в единицу времени.
Единица потока газов в СИ – м3 · Па/с (эту величину часто обозначают Вт), а жидкостей – м3/с. Во всех сечениях проводящего канала Q = const. Поток жидкости часто называют расходом.
Для упрощения расчетов потока сквозные несплошности (течи) представляют обычно в виде гладких круглых цилиндрических или прямоугольных (щелевидных) каналов. Каналы круглого сечения соответствуют порам, а прямоугольные – трещинам и щелям.
В связи с различными физико-химическими свойствами газов и жидкостей режимы их течения по каналам различных размеров неодинаковы. Они зависят от размера и формы канала, природы перетекающего вещества, температуры и среднего давления в канале течи. Режимом течения определяется характер потока. Рассмотрим отдельные особенности прохождения газов через неплотности.
Поступление газа (или жидкости) из атмосферы (среды) в откачанный объем, обусловленное нарушением герметичности его оболочки, называют натеканием. Истечение газа (или жидкости) из ограниченного негерметичной оболочкой объема представляет собой утечку. Ясно, что с изменением внешнего давления величина натекания будет изменяться. Зависит она также и от состава газовой среды, окружающей объем.
Для газовых и вакуумных систем величина натекания газа в систему или утечки из нее определяется потоком воздуха через несплошность в нормализованных условиях. Нормализованными считают условия перетекания воздуха при температуре (20±5) °С и давлении 105±4 · 103 Па.
Течь, как и натекание (утечку), характеризуют потоком вещества, проникающего через нее. Натекание (утечка) при этом будет равно суммарной течи, эквивалентной сумме всех течей, имеющихся в объекте контроля. Виды испытаний с использованием контрольного вещества газа - манометрические: падение давления, дифференциальный, микроманометрический; пузырьковые: пневматический, пневмогидравлический и вакуумный.
Поток газа через течь может быть турбулентным, вязкостным, молекулярным или промежуточным – молекулярно-вязкостным.
Турбулентный поток наблюдается в начале режима откачки систем и характеризуется хаотическим нерегулируемым движением газовых масс в потоке.
По достижении низкого вакуума газовый поток становится ламинарным, или вязкостным. При таком режиме молекулы газа значительно чаще сталкиваются между собой, чем со стенками канала течи.
Принято считать, что если натекание из атмосферы в вакуум через круглый канал составляет менее 10-8 Вт, а через щелевидный – менее 10-4 Вт, имеет место молекулярный режим течения. Если эти значения составляют соответственно более 10-4 Вт и более 1 Вт, режим вязкостный. В промежуточном случае потоки соответствуют молекулярно-вязкостному режиму течения. Такое разграничение весьма условно, и на практике могут иметь место существенные отклонения от него, различные в зависимости от геометрии каналов течей.
