Главная » Все файлы » Просмотр файлов из архивов » Документы » IV.2 Влияние микрогеометрии сорбентов на сорбционные характеристики крионасосов

IV.2 Влияние микрогеометрии сорбентов на сорбционные характеристики крионасосов (Нестреров С.Б., Васильев Ю.К., Андросов А.В. Методы расчета вакуумных систем)

2018-01-10СтудИзба

Описание файла

Файл "IV.2 Влияние микрогеометрии сорбентов на сорбционные характеристики крионасосов" внутри архива находится в папке "Нестреров С.Б., Васильев Ю.К., Андросов А.В. Методы расчета вакуумных систем". Документ из архива "Нестреров С.Б., Васильев Ю.К., Андросов А.В. Методы расчета вакуумных систем", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "вакуумная и плазменная электроника" из 3 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "книги и методические указания", в предмете "вакуумная и плазменная электроника (вакплазэл)" в общих файлах.

Онлайн просмотр документа "IV.2 Влияние микрогеометрии сорбентов на сорбционные характеристики крионасосов"

Текст из документа "IV.2 Влияние микрогеометрии сорбентов на сорбционные характеристики крионасосов"

IV.2. Влияние микрогеометрии сорбентов на сорбционные характеристики
крионасосов [9]

В вакуумных расчетах серьезное значение имеет фундаментальное понятие коэффициента прилипания. Под термином «коэффициент прилипания» понимается вероятность того, что частица ударившись о поверхность, останется на ней (сорбируется), или, что фактически то же самое, коэффициент прилипания это отношение количества частиц, «прилипших» к поверхности, к общему числу ударившихся о поверхность частиц.

При конструировании криосорбционных насосов, а также других вакуумных откачивающих устройств, работающих по принципам конденсации и сорбции потоков газа, решающее значение имеет выбор структуры рабочей поверхности. Под структурой в данном случае понимается как макроскопический характер поверхности (жалюзийная, шевронная структуры и др.), так и микроскопический характер, т. е. шероховатость (зернистость) поверхности.

О влиянии макрогеометрии можно судить как по различным экспериментальным данным (например, сравнение быстроты действия разных видов сорбционных насосов), так и по традиционным видам расчетов (проводимость криогенных ловушек). О влиянии же микрогеометрии на откачные характеристики известно довольно мало, поскольку экспериментальные исследования крайне затруднены из-за чрезвычайно малых размеров анализируемых структур, а также необходимости создавать и удерживать сверхнизкие давления в системе.

Задачей данной главы является нахождение зависимости интегрального коэффициента прилипания, некого «общего» для всей поверхности, которая имеет вид плоскости (на макроуровне), о значении которого можно судить из экспериментов, от локального, т. е. по сути дела «истинного» коэффициента прилипания, в том смысле, что это вероятность «прилипания» частицы в данной точке.

Расчет проводился методом пробной частицы при допущении о режиме свободномолекулярного течения газа с диффузным законом отражения.

IV.2.1. Изучение характера поверхностей разных сорбентов

Для того чтобы изучить реальную микроструктуру поверхностей сорбентов при помощи электронного микроскопа производства ЗАО «КПД» (г. Зеленоград), характеристики которого показаны в табл. IV.2.1, были сняты профили с двух образцов хорошо известных типов активированных углей Chemviron SCII и Chemviron GFF/30, а также с двух образцов не распыляемых геттеров типа 4t63 и 5t55. Результаты этого процесса показаны на рис. IV.2.1 – IV.2.6 соответственно. Кроме того, на рис. IV.2.7 и IV.2.8 показан фрагмент поверхности активированного угля Chemviron SCII, но уже с разными степенями увеличения. На рисунках наглядно показана часть поверхности (рис. IV.2.7) и увеличенный фрагмент этой части (рис. IV.2.8). Координаты выставлены так, чтобы можно было быстро выяснить, какое конкретное место на верхней структуре представляет нижняя структура. Все размеры на рис. IV.2.7 и IV.2.8 проставлены в микрометрах. Ось X находится слева, ось Y – справа, и вертикальная ось – OZ.

Легко видеть, что при большем увеличении фрагмента поверхности оказывается, что его шероховатость гораздо сильнее, чем это может показаться вначале.

Характеристики электронного туннельного микроскопа СММ-2000Т

Таблица. IV.2.1

Поле кадра

От 20 Å х 20 Å до 40 мкм х 40 мкм

Глубина кадра

До 2 мкм

Увеличение

От 2000 до 30000000 раз

Разрешение

3 Å (при дополнительной виброзащите до 1 Å)

Время снятия кадра

0,2 – 2 мин. для кадра с числом точек до 300х300

Вид кадра

Оцифрованный по трем координатам, записываемый файл, выводящийся на дисплей в двумерном или трех­мерном виде, в различных редактируемых палитрах и с виртуальной подсветкой, с возможностью вывода на принтер, экспорта в редакторы под MS Windows, пересылки по e-mail, дальнейшей обработки, прецизионной метрологии по кадру и его сечениям, и т. д.

Размеры образцов

До 50 мм × 50 мм × 25 мм

Рис. IV.2.1. Структура поверхности активированного угля Chemviron SCII.
Фрагмент 1,5×1,5 мкм

Рис. IV.2.2. Структура поверхности активированного угля Chemviron GFF/30.
Фрагмент 2,5×2,5 мкм

Рис. IV.2.3. Структура поверхности не распыляемого геттера типа 4t63.
Фрагмент 4,5×5,5 мкм

Рис. IV.2.4. Структура поверхности не распыляемого геттера типа 5t55.
Фрагмент 4×5 мкм

Рис. IV.2.5. Структура поверхности не распыляемого геттера типа t41.
Фрагмент 1,5×1,5 мкм

Рис. IV.2.6. Структура поверхности не распыляемого геттера типа t44.
Фрагмент 1,5×1,5 мкм

Рис. IV.2.7. Вид фрагмента поверхности активированного угля Chemviron SCII с увеличением в 40000 раз

Рис. IV.2.8. Вид части фрагмента поверхности активированного угля Chemviron SCII, изображенного на рис. IV.2.7 с увеличением в 150000 раз

IV.2.2. Моделирование фрагмента поверхности

Для моделирования был выбран фрагмент с наибольшим увеличением, изображенный на рис. IV.2.2. Моделирование поверхности осуществлялось заданием совокупности плоскостей, описывающих данный фрагмент. Дело в том, что неплоские поверхности могут вносить изменения в поведение частиц, а при используемых размерах любая, даже малая погрешность, может серьезно повлиять на результат. Поэтому было решено создавать модель, состоящую из множества плоскостей. В первом приближении структура была упрощена с трехмерной до двумерной, т. е., был снят характерный разрез и продлен до определенной длины – получился некий шифер.

Далее фрагмент заданной поверхности ограничивался с четырех сторон плоскостями и с плоскости, находящейся на уровне самого высокого пика структуры производился пуск частиц. На рис. IV.2.9 показаны результаты исследования зависимости интегрального коэффициента прилипания от его локального аналога. Исследование проводилось для двух характерных размеров фрагментов – размеров зерна и размеров поверхности. Из результатов видно, что на поверхности зерна искажения не слишком сильные, поскольку отношение характерной глубины выбоин в зерне к его размерам крайне мало. Здесь намеренно не применяется термин «пора», потому, что поры располагаются между зернами и имеют гораздо размеры более крупные, чем сотые или даже десятые доли микрона. Данные о характеристиках различных типов анализируемых сорбентов представлены в табл. IV.2.2

Для фрагмента поверхности же искажения зависимости уже составляют в некоторых местах 100% и более (рис. IV.2.9). Фрагмент поверхности моделировался исходя из данных, полученных при помощи профилометра (с увеличением до 1000 раз). Структура поверхности, полученная при помощи профилометра, показана на рис. IV.2.10. Различие между графиками 1 и 2 состоит в том, что в первом случае ограничивающие поверхности имеют коэффициент прилипания, отличный от нуля, и соответственно откачивают газ, а во втором – нет.

Рис. IV.2.9. Зависимость коэффициента захвата (интегрального коэффициента прилипания) фрагмента поверхности от локального («истинного») коэффициента прилипания для фрагмента поверхности и зерна

Рис. IV.2.10. Фрагмент поверхности геттера 4t63, снятый при помощи профилометра с увеличением в 1000 раз



Характеристики поверхностей анализируемых сорбентов в соответствии с международным стандартом ISO 4287

Таблица IV.2.2

Тип сорбента

Тип геттера 4t63

Тип геттера 5t55

Тип геттера t41

Тип геттера t44

Тип геттера t46

Root mean square deviation of the assessed profile Rq, nm

10,6

6,536

3,496

3,035

4,839

Arithmetical mean deviation of the assessed profile Ra, nm

8,179

5,06

2,669

2,643

4,145

Ten point height Rz, nm

47,43

26,65

Maximum profile height Rmax, nm

59,35

39,1

15,69

12,59

18,34

Mean width of the profile elements Sm, nm

555,2

271,8

698,6

Local width of the profile element S, nm

93,1

61,22

36,5

49,01

60,3

Root mean square slope of the assessed profile Dq, deg

5,831

9,905

4,002

2,626

4,215

Arithmetical mean slope of the assessed profile Da, deg

4,064

6,563

3,18

2,023

3,337

Relative profile length LO

1,005

1,014

1,002

1,001

1,003

Base, m

26,2

8,164

0,697

1,216

1,362

Таким образом, по результатам проделанных расчетов можно сделать следующие выводы:

  • на поверхности зерна, имеющего незначительный по отношению к размерам рельеф, искажения, вносимые неровностями профиля, невелики и составляют порядка 4 – 5%;

  • при уменьшении масштаба анализа и при переходе от фрагментов зерен к фрагментам реальных поверхностей, состоящих из пор с характерными размерами, которые предоставляются «паспортными данными» соответствующего сорбента, разница между интегральным и локальным коэффициентами прилипания резко возросла, и достигает иногда 100 – 150%. Это обусловлено, прежде всего, изменившимся по отношению к фрагменту зерна соотношения размеров проходного сечения пор и их глубин. Характеристики сорбентов таковы, что значение вышеуказанного соотношения составляет около 2. А это можно сравнить с цилиндром с одним входом-выходом и откачивающими стенками.

Свежие статьи
Популярно сейчас
Почему делать на заказ в разы дороже, чем купить готовую учебную работу на СтудИзбе? Наши учебные работы продаются каждый год, тогда как большинство заказов выполняются с нуля. Найдите подходящий учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Нашёл ошибку?
Или хочешь предложить что-то улучшить на этой странице? Напиши об этом и получи бонус!
Бонус рассчитывается индивидуально в каждом случае и может быть в виде баллов или бесплатной услуги от студизбы.
Предложить исправление
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5076
Авторов
на СтудИзбе
455
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее