式中 p 為壓力; Q 為密度; v 為流速; k =Cp/Cv, 其中 Cp 為定壓比熱, Cv 為 定容比熱,const 為常數(shù)。 將 0 點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)代入式(1),由于流出噴管時(shí)的流速 v0 為超音速, 可知該 點(diǎn)的壓力 p0 值很小, 因而可得到所需的真空度。在低壓部 S 處如果導(dǎo)入二 次氣流(G〃、PS、TS、vs) , 高速的一次氣流(G′、Pn、Tn) 將與之混合, 并交換 動(dòng)能, 二次氣流被加速,高速的混合氣體通過(guò)擴(kuò)張管減速, 動(dòng)能再次轉(zhuǎn)化為壓力 能。這樣, 若在 S 處接入欲抽真空的系統(tǒng), 則可達(dá)到抽真空之目的。 圖1 真空發(fā)生器工作原理圖 該過(guò)程的熱力學(xué)分析如下: 壓縮空氣 G′通過(guò)噴管在 0 處變成超音速氣流, 由于氣流的速度很快,而噴管的尺寸很小, 故氣體在噴管中流動(dòng)時(shí), 來(lái)不及與外 界發(fā)生熱交換, 可近似地看作絕熱過(guò)程。 在流動(dòng)過(guò)程中, 氣體的各種參數(shù)一般是 連續(xù)變化的, 摩擦的影響較小, 可以忽略, 因而可近似地看作是可逆過(guò)程, 故 該過(guò)程可近似地看作是等熵過(guò)程。整個(gè)熱力學(xué)過(guò)程可用焓—熵狀態(tài)變化圖表示 (圖 2)。圖 2 中各點(diǎn)符號(hào)與圖 1 相對(duì)應(yīng)。N 點(diǎn)為噴管狀態(tài)點(diǎn);O′為假想等熵 過(guò)程噴管出口點(diǎn);O 為實(shí)際噴管出口狀態(tài)點(diǎn); 3′為擴(kuò)張管假想等熵過(guò)程出口狀態(tài) 點(diǎn); 3 為擴(kuò)張管實(shí)際出口狀態(tài)點(diǎn)。如一次流體從壓力 Pn 經(jīng)絕熱膨脹后在噴管 出口處壓力為 P0, 則噴管出口流速 v0 可由式(2)求出 式中 Gn 為速度系數(shù), 一般取 0.94～0.96; R 為氣體常數(shù), A= k/k-1。圖 2 中噴管兩端的焓差為 式中 A 為熱功當(dāng)量。 假設(shè)真空口吸入壓力 PS 與噴管出口壓力 P0 相等, 則混合后的流速 v1 為 式中 Gm 為速度系數(shù), 一般取 Gm= 0.95～0.98; X=G′/C〃 , 其中 G′為噴 管內(nèi)的一次流量, G〃為真空口處吸入的二次流量; 混合后的焓值 i1 為 擴(kuò)張管出口處流速為 v3, 狀態(tài)點(diǎn) 1 至 3 過(guò)程近似可看成絕熱過(guò)程, 則 式中 Gd 為擴(kuò)張管的效率, 一般取 Gd= 0.6～0.8;狀態(tài)點(diǎn) 1 經(jīng)等熵過(guò)程到達(dá) 3′點(diǎn), 對(duì)應(yīng)焓值 i3′為 通過(guò) 3′點(diǎn)的等壓線 P3 即為擴(kuò)張管出口的壓力, 實(shí)際出口狀態(tài)點(diǎn) 3 的焓值為