Решение задачи: Влияние мощности нагревателя на диффузионный насос

Для решения данной задачи по вакуумной технике проанализируем физические процессы, происходящие в диффузионном насосе при изменении мощности нагревателя. Правильный ответ: Скорость откачки диффузионного насоса сначала возрастает по причине увеличения плотности паровой струи рабочей жидкости и увеличения вероятности столкновения молекул масла с молекулами остаточного газа, а при дальнейшем увеличении мощности нагревателя повышается степень термического разложения масла и занос легколетучих фракций в паровую струю, и как следствие уменьшение скорости откачки. Обоснование для тетради: 1. Начальный этап (рост кривой): При увеличении мощности нагревателя \( Q \) интенсивность испарения рабочей жидкости (масла) растет. Это приводит к увеличению плотности паровой струи, вылетающей из сопла. Чем плотнее струя, тем выше вероятность того, что молекулы газа столкнутся с молекулами пара и получат импульс в направлении форвакуумного насоса. Следовательно, скорость откачки \( S \) растет. 2. Пик и спад (уменьшение кривой): При чрезмерном нагреве температура масла превышает допустимый предел. Это вызывает два негативных процесса: — Термическое разложение (крекинг) молекул масла на более легкие фракции. — Эти легкие фракции обладают высокой упругостью пара и плохо конденсируются на стенках, создавая обратный поток газа в откачиваемый объем. — Избыточное давление паров в струе может привести к нарушению режима истечения и увеличению обратной диффузии газа. Таким образом, существует оптимальная мощность нагревателя, при которой достигается максимальная быстрота действия насоса. Формула зависимости быстроты действия \( S \) от коэффициента использования \( H \) и площади сечения сопла \( F \): \[ S = H \cdot F \cdot \sqrt{\frac{R \cdot T}{2 \cdot \pi \cdot M}} \] где \( M \) — молярная масса газа, \( T \) — температура, \( R \) — универсальная газовая постоянная. При перегреве коэффициент \( H \) падает из-за ухудшения свойств струи.