خلاء چیست؟

خلاء یک علم میان رشته ای از مهندسی شیمی، مکانیک، متالوژِ، برق و فیزیک است که پیش نیاز اغلب تحقیقات و تکنولوژِی های پیشرفته روز می باشد.به طور مثال می توان به کاربرد خلاء در تحقیقاقت فضایی، تحقیقات دما پایین، نانو تکنولوژی، پلاسما، فیزیک سطح، لیزر، تکنولوزی هسته ای، الکترونیک و میکروالکترونیک، شتاب دهنده های ذرات، صنایع متالوژی، صنایع داروسازی، صنایع غذایی، پالایشگاههای نفت و … اشاره کرد.

اصولا در سیستم های گازی فشار های پایین تر از فشار اتمسفری را فشار خلاء نامند و هر قدر که فشار پایین تر باشد، اصطلاحا گفته می شود که از خلاء بالاتری برخوردار هستیم.

یک سیستم خلاء مجموعه ای متشکل از پمپ ها، فشار سنج ها، شیر ها، تله ها،اتصالات دایمی (جوشها) و غیر دایمی (فلنج ها) و لوله های متصل کننده آنها به یکدیگر است.به منظور بیان رفتار یک سیستم خلاء باید منابع مختلف گازی موجود در آن را که فرض می شود با نرخ گاز خروجی از سیستم در تعادل باشد بررسی نمود.

منابع گازی موجود در یک سیستم خلاء می تواند شامل موارد زیر باشد:

  • مولکول های گازی محصور شده در سیستم که ناشی از اتمسفر اولیه می باشند.
  • گازهایی که در نتیجه اتصالات (به صورت نشتی) به داخل سیستم نفوذ می کنئ
  • گازهای خارخ شونده از مواد که در نتیجه عمل دفع جدا می شوند و اصطلاحا آن را outgassing می نامند.این گازها در نتیجه دو فرآیند جذب سطحی و عمقی جذب فلزات شده اند.
  • گاز یا بخار از فشار بخار مواد که در فشارهای خیلی پایین اهمیت پیدا می کند.

 

انواع رژیم های جریان گاز درون لوله های تحت خلاء

رژیم های جریان گاز درون لوله ها بسته به عدد نودسن که نسبت مسیر پویش آزاد متوسط مولکولی به قطر لوله است، تغییر می کنئ.بسته به فشار گاز، مسیر پویش آزاد متوسط مولکولی و قطر لوله، سه نوع جریان موجود است که در زیر به شرح آن ها می پردازیم.لازم به ذکر است که کلیه محاسبات بر مبنای فرض همدمای گاز می شود.

 

الف-جریان مولکولی آزاد (molecular flow)

در این نوع جریان مسیر آزاد متوسط مولکولی معادل یا بزرگتر از قطر لوله می باشد و این رئ دینامیک جریان گاز توسط برخوردهای مولکولی به جدارهای دیواره لوله مشخص می شود. این نوع جریان محدوده ای از اعداد نودسن نسبتا بزرگ را پوشش می دهد.

 

ب- جریان ویسکوز یا پیوسته (continuum flow)

در این نوع جریان، مسیر آزاد متوسط مولکولی در مقایسه با قطر لوله کوچک بوده و از این رو دینامیک جریان گاز توسط برخورد های بین مولکولی مشخص می شود.بعبارتی در این رژیم، برخوردهای بین مولکولی در مقایسه با برخورد مولکول ها به جداره لوله بسیار قابل توجه تر است.پس می توان گفت که مولکول ها در اثر برخورد با یکدیگر، در جهت کاهش افت فشار حرکت می کنند.این نوع جریان، اعداد نودسن کوچک را پوشش می دهد.با توجه به آنکه در این ناحیه خواص گاز(دما،دانسیته،سرعت گاز) طی مسیر های پویش آزاد متوسط مولکولی تغییرات قابل توجهی ندارند، می توان جریان گاز را پیوسته در نظر گرفت و آنه را با قوانین هیدرودینامیک تحلیل نمود.

همچنین برای خروج گازها و بخارهای داخل محفظه و در نتیجه ایجاد خلأ، از وسیله‌ای به نام پمپ خلأ استفاده می‌شود، اساس کار این پمپ‌ها معمولاً به دو صورت انجام می‌شود:

۱-پمپ‌های تراکمی که اساس کار آن‌ها جدا کردن ذرات از داخل محفظه، متراکم کردن و هدایت آن‌ها به محیط بیرون است. پمپ‌های روتاری (چرخشی) از جمله این پمپ‌ها هستند.

۲-پمپ‌های تله‌ای (Entrapment) که با ایجاد تله به شکل‌های مختلف مانند تله سرما، موجب چگالش ذرات روی بدنه فلزی می‌شوند. کرایوپمپ‌ها (پمپ‌ها سرمایشی) از این دسته‌اند.

در شناسایی پمپ‌های خلأ فاکتورهای متعددی وجود دارد که در بین آن‌ها دو فاکتور زیر مهم ترند:

۱-آهنگ پمپاژ پمپ

۲-خلأ نهایی قابل دسترس توسط پمپ

این ویژگی‌ها معمولاً در یک نمودار که به نمودار عملکرد معروف است، نشان داده می‌شود. فشارسنج مانند هر کمیت دیگر از قبیل دما، سرعت و مسافت، کمیت فشار نیز می‌بایست قابل کنترل یا به عبارتی دیگر قابل اندازه‌گیری باشد. وسیله‌ای که با آن بتوان مقدار فشار را در داخل محفظه مشخص اندازه‌گیری نمود، فشارسنج نام دارد. امروزه فشارسنج‌ها بنا به نوع کاربرد دقت مورد نظر و محدوده فشار به شکل‌های مختلف ساخته می‌شوند.

 

صنایع وکیوم پمپ آسیا