冷凝捕集器(冷阱)的抽速計(jì)算公式
冷凝捕集器對(duì)蒸氣分子的抽速類(lèi)似于低溫泵的抽速,是指在捕集器中的蒸氣壓強(qiáng)下,單位時(shí)間內(nèi)凝結(jié)在冷卻壁上的蒸氣體積。設(shè)冷阱的有效冷凝表面積為A,空間蒸氣的熱力學(xué)溫度、粒子數(shù)密度和分壓強(qiáng)分別為T(mén)1,n1,p1;v1的平均速度是對(duì)應(yīng)于T1溫度下的蒸氣分子的熱運(yùn)動(dòng)平均速率。冷阱的冷凝表面的熱力學(xué)溫度為T(mén)2,在T2溫度下蒸氣的飽和蒸氣壓為P2,粒子數(shù)密度為n2,蒸氣分子熱運(yùn)動(dòng)平均速率為v2的平均速度。根據(jù)“碰撞頻率”的概念,單位時(shí)間內(nèi)碰撞冷凝表面的蒸氣分子數(shù)N1為
而單位時(shí)間內(nèi)從冷凝表面再蒸發(fā)的分子數(shù)N2為
所以單位時(shí)間內(nèi)凈冷凝在冷凝表面的蒸氣分子數(shù)N為
理論上,單位時(shí)間內(nèi)冷凝表面凝結(jié)的蒸氣體積Sl為
式中μ是蒸氣分子的摩爾質(zhì)量,kg·mol-l各量皆且國(guó)際單位制。可見(jiàn)冷阱的抽速Sl與冷凝壁的表面積A成正比,隨空間蒸氣分壓強(qiáng)p1的降低而降低,當(dāng)蒸氣壓強(qiáng)和溫度與冷壁溫度及其飽和蒸氣壓相等時(shí),冷阱的抽速Sl=0。冷阱的實(shí)際抽速還受蒸氣分子凝結(jié)系數(shù)的影響,實(shí)際抽速總是小于理論抽速。
若設(shè)空間水蒸汽和汞蒸氣的溫度為室溫,即293K,冷阱冷凝表面的溫度為液氮溫度,77K,則冷阱對(duì)水蒸汽和汞蒸氣的抽速分別為
SH2O=147A m3/s
SHg=44A m3/s