Материалтану
ҒА ішкі қоршаған ортамен газ алмасуы
жүктеу/скачать 5,17 Mb.
|
ҒА ішкі қоршаған ортамен газ алмасуыГерметикаланбаған ҒА құру ішкі жартылай жабық қуыстардан газдың шығуын және сыртқы ортадан осындай қуыстарға газ ағындарының енуін талдау қажеттілігімен байланысты. Бұл процестерді МІА қалыптасуын зерттеу кезінде де, сыртқы газ ортасының қуыстар ішіндегі материалдар мен жабдық элементтеріне әсерін бағалау кезінде де қарау талап етіледі. Жартылай жабық қуыстардың сыртқы ортамен газ алмасу мәселелері ҒА орнатылған манометрлер мен масс-спектрометрлердің көмегімен қоршаған газ ортасының параметрлерін өлшеу кезінде де өте маңызды. ҒА-ның нақты конструкцияларында ішкі қуыстарды сыртқы ортамен байланыстыратын арналар өте күрделі конфигурацияға ие болуы мүмкін (диафрагмалар мен экрандары бар ауыспалы қиманың иілген цилиндрлік түтіктері, әртүрлі профильдегі жарықтар және т.б.). Сондықтан ішкі қуыстардың қоршаған ортамен газ алмасуын талдау кезінде тиісті конфигурациядағы арналардың өткізгіштігі туралы мәліметтер болуы керек. Каналдың сыртқы газ ағынына қатысты өткізгіштігі және ішкі қуысқа енетін ағынның мөлшері каналдың жылдамдық векторына қатысты кіріс каналының бағытына қатты тәуелді екенін есте ұстаған жөн. Кейбір жағдайларда, зерттеулер көрсеткендей, қуысқа кіретін газ ағыны толық термализацияға ұшырамауы мүмкін. Содан кейін қуыстан шығатын ағынның өткізгіштігін анықтау кезінде бағдарлау әсерлерін ескеру қажет. Арналардың өткізгіштігіне қабырғалардан газ бөлшектерінің шағылысу сипаты айтарлықтай әсер етеді. Жалпы жағдайда шағылысу айна-диффузды болады. Айна немесе диффузиялық шашырау жағдайларына жақындау дәрежесі шашырау бетінің құрылымына, оның температурасына, шашыраған газ ағынының түріне және температурасына және басқа да факторларға байланысты. Сур. 3.8. Ғарыш аппараттарының қысымсыз қуысының моделі Алдымен, суретте көрсетілген мысалды қолдана отырып, арналардың өткізгіштігін аналитикалық есептеу әдісін қарастырыңыз. 3.8 V көлемінің қуысы, сыртқы газ ортасымен байланысатын түтік. Тікелей цилиндр құрайды, көрсетілген 3.8-сур., D = 2r / l параметрімен сипаттаймыз, мұндағы r және l - сәйкесінше ішкі радиус пен түтіктің ұзындығы. Суретте бейнеленген болсын. 3.8 сығылмаған немесе оның қандай да бір элементі, оның ішінде аппаратқа орнатылған өлшеу құралы деп түсінуге болатын объект газға қатысты u жылдамдығымен қозғалады. u векторы мен кіріс саңылауының жазықтығы арасындағы байланыс бұрышы шабуыл бұрышы деп аталады. Қуыстың қабырғаларында сыртқы газ ортасының (атмосфераның) температурасынан өзгеше температура бар Та. Қарастырылып отырған объектінің сыртқы газ ортасымен өзара әрекеттесуі мәселесі іс жүзінде бөлшектердің екі ағынын есептеуге дейін азаяды: Сыртқы кеңістіктен объектінің қуысына кіретін Q1 ағыны және қуыстан шығатын Q2 ағыны. Біз бұл ағындарды молекулалардың еркін жүру ұзындығының объектінің тән мөлшеріне қатынасына (Кнудсен саны) үлкен болатын еркін молекулалы газ ағыны үшін қарастырамыз. Газ ағынының мұндай режимі жердің жоғарғы атмосферасында 150-200 км астам биіктікте ұшқанда жүзеге асырылады. Pп қуысы ішіндегі газ қысымының қоршаған Ра кеңістіктегі қысыммен функционалды байланысы Q1 = Q2 жағдайынан тұрақты күй үшін болады. Салыстырмалы түрде қарапайым мәселе атмосферамен байланысатын қуыс үшін шешіледі, яғни l = 0, D = Атмосферада және қуыста молекулалардың жылдамдық бойынша таралуы максвеллдік болып табылады, қабырғалардан бөлшектердің шағылысуы диффузиялық сипатқа ие, орналасу коэффициенті бірлікке тең, ал объектінің бетінен бөлшектердің шағылысуына және десорбция процестеріне байланысты жоғарыда аталған фондық ағындар жоқ, кіріс саңылауының бір ауданы бар тікелей және кері ағындар үшін келесі өрнектер алынды: мұндағы n а, v а – Т а температурасы кезінде атмосферадағы газ бөлшектерінің шоғырлануы және ең ықтимал жылдамдығы; nп, vп - Тп температурасы кезінде қуыс ішіндегі газ ортасының параметрлері. Келтірілген өрнектерден: Әдетте жылдамдық қатынасы деп аталатын S параметрі газдың бағытталған макроскопиялық қозғалысын сипаттайды. Түтік болған кезде оның кіріс тесігіне кіретін барлық бөлшектер шығатын тесікке жете бермейді. Бөлшектердің параметрлері мен түтіктің көлденең қимасы бойынша түтіктің бөлшектерінің қабырғалармен бірқатар соқтығысулардан кейін өту ықтималдығы клаусинг коэффициентімен(өткізгіштік коэффициенті) сипатталады, бұл түтіктен шығатын бөлшектер ағынының оның кіріс тесігіне түсетін ағынының қатынасына тең. Осы параметрді ескере отырып, кіріс түтігі бар қуыс үшін мәселені шешу келесі түрде алынады: мұндағы K (S, D, – атмосферадан түтіктің кіріс тесігіне түсетін ағын үшін Клаусинг коэффициенті; K (0, D) – қуыстан шығатын ағын үшін Клаусинг коэффициенті (S = 0). Кейінгі қарастырудың ыңғайлылығы үшін біз функцияларды да қолданамыз: Клаусинг коэффициентін есептеу герметикалық емес қуыстың молекулалық ағынмен әрекеттесуін талдаудағы негізгі қиындықтардың бірі болып табылады және әдетте тәуелсіз тапсырмаға бөлінеді. Сур. 3.9. R (S, D, ) (а) және (S, D, ) (б) функцияларының шабуыл бұрышынан тәуелділігі Шабуыл бұрышының кез-келген мәндері үшін цилиндрлік түтіктердің өткізгіштік коэффициенттерін аналитикалық есептеуде жүргізуге мүмкіндік беретін әдіс алдымен, монокорттық газ ағыны үшін шешілетіндігіне негізделген, онда барлық бөлшектер түтік осіне белгілі бір бұрышпен бірдей жылдамдықпен қозғалады, содан кейін алынған шешімге бөлшектердің жылдамдық бойынша таралуының нақты функциясы қолданылады. 3.9 - сур. 0 180 шабуыл бұрышының мәндері мен жылдамдық қатынасы S = 0,3- 3 диапазонында D = 0,4 цилиндрлік түтік үшін R (S, D, ) және (S, D, функцияларын есептеудің кейбір нәтижелері келтірілген. Таңдалған s мәні (қисық сандармен көрсетілген) геофизикалық зымырандардың ұшу жағдайларына сәйкес келеді, ҒА үшін бұл параметр шамамен 10-ды құрайды. Күрделі арналардың өткізгіштік коэффициенттерін есептеу, әдетте Монте–Карло әдісімен жүзеге асырылады. Әдістің артықшылығы, кез-келген конфигурацияның арналары үшін Клаузинг коэффициенттерін есептеу мүмкіндігімен қатар, қарапайымдылық болып табылады. Сур. 3.10. Күрделі конфигурациялы арналар үшін Клаузинг коэффициенттерін Монте-Карло әдісімен есептеу нәтижелері Монте–Карло клаусинг коэффициенттерін есептеудің кейбір нәтижелері, бұрыштық қисық цилиндрлік түтік үшін S = 0 -1 0, жылдамдық қатынасы мәндерінің диапазоны үшін сызық 3.10 суретте көрсетілген. Есептеу кезінде газ бөлшектерінің шағылысу заңын арна қабырғаларынан бастап диффузияға дейін, оның ішінде диффузиялық шағылысудың аралық режимдерін пісіру мүмкіндігі болды. Сур. 3.10 а Клаусинг коэффициентінің жылдамдық қатынасына тәуелділігінің айырмашылығын көрсетеді- S түзуі түтік үшін ( = 180 ) және дұрыс бұрышпен иілген түтік үшін (жұмыс = 90 б.), түтіктің кіріс бөлігінің осі бойымен молекулалық ағынның қозғалысы жағдайында түтіктердің бірдей ұзындығы (жұмыс = 0) және қабырғалардан бөлшектердің диффузды шағылысуы. Қисық сандар келесі D мәндеріне сәйкес келеді: 1 – 1,0; 2 – 0,66; 3 – 0,4; 4 – 0,2; 5 – 0,1.. Сур. . 3.10б арна қабырғаларынан бөлшектердің шағылысу сипатының Клаузинг коэффициентіне әсерін көрсетеді. Есептеу қисық түтік үшін = 90 және D = 0,4 кезінде жасалады. Бұл жағдайда нүктелі қисықтардың жанындағы сандар кейбір жуықтау функциясымен сипатталатын бөлшектердің шашырау индикаторын сипаттайды. 1-қисық диффузиялық шашырау үшін индикатрисаның жақындауына сәйкес келеді, ал 5 – қисық айна үшін. 2, 3 және 4 қисықтар қабырғалардан бөлшектердің айна-диффузды шағылысуының аралық жағдайларына жатады. Сипатталған әдіс қуыстағы бөлшектердің атмосфераға кіріс түтігі арқылы кері кетуіне дейінгі қозғалысын бақылауға мүмкіндік береді, бұл бастапқы ағынның әртүрлі түсу жағдайларында қуыстан шығатын кері ағын үшін клаусинг коэффициентінің шынайы мәндерін есептеуге мүмкіндік береді. Мұндай есептеулердің нәтижелері қуыстағы бастапқы ағынның бөлшектерін термализациялау дәрежесін бағалау кезінде қолданылады. жүктеу/скачать 5,17 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|