Теплофизические свойства газов в условиях низкого вакуума (10⁻³–10⁻¹ Па)

В условиях низкого вакуума (10⁻³–10⁻¹ Па) теплопередача через газовый промежуток определяется в основном теплопроводностью, так как конвекция становится незначительной. В этом диапазоне давлений коэффициент теплопроводности (λ) газов практически не зависит от давления, что связано с компенсацией уменьшения концентрации молекул увеличением длины их свободного пробега.

В таблице представлены основные теплофизические свойства газов, включая удельные теплоёмкости (сₚ и сᵥ), коэффициенты теплопроводности (λ) и параметр qᵣ – отношение коэффициентов теплопроводности в вакууме (КТВ) к теплопроводности при нормальных условиях (КТГ). Данные актуальны для стационарного режима и могут использоваться для инженерных расчётов в вакуумных системах.

Приведённые данные предназначены для:

• Расчёта времени и однородности охлаждения в вакуумных печах с контролируемой газовой средой (азот, аргон). (Расчёт переходных режимов, наполнения камеры газом, остаточного газа.)
• Моделирования тепловых полей внутри рабочей камеры при проектировании нагревательных элементов и теплоизоляции.
• Выбора оптимального газа-хладагента для конкретного технологического процесса (например, сравнение эффективности азота и гелия).
• Прогнозирования температурных режимов в установках для спекания, пайки и отжига в вакууме или инертной атмосфере.

Источник: Вакуумная техника: учебник для вузов / Л.Н. Розанов. 3-е издание, перераб. и доп. – М.: Высшая шк., 2007. ISBN 978-5-06-005521-4

Как данные таблицы используются при работе с вакуумными печами?

Точный инженерный расчёт, основанный на данных о теплофизике газов, закладывается в проектирование и настройку вакуумного термического оборудования.

Например, при работе вакуумных печей с опцией охлаждения инертным газом знание коэффициента теплопроводности (λ) и удельной теплоёмкости (cₚ) выбранного газа (азота, аргона или их смеси) позволяет:

• Спрогнозировать скорость охлаждения садки до заданной температуры.
• Обеспечить равномерность температурного поля и минимизировать термоудары и деформации заготовок.
• Оптимизировать технологический цикл, сокращая время охлаждения и экономя ресурсы газа.

Ознакомьтесь с примерами вакуумных печей, в которых реализовано управляемое охлаждение в газовой среде:

• Высокотемпературная вакуумная печь СНВС-3.3/17-И2-2ВО. Предназначена для ответственных процессов (спекание, пайка, отжиг) при температурах до 1700°C в высоком вакууме или контролируемой среде инертных газов (азот, аргон). Оснащена системой подачи и контроля газа для эффективного охлаждения.
• Вакуумная печь СНВС-3.3/15-И6. Универсальная печь с нагревателем УУКМ . Обеспечивает автоматическое управление циклом, включая этап контролируемого охлаждения.