环境温度对服役中真空玻璃真空度的影响

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)海南大学信息科学技术学院 作者:崔叶青

  真空玻璃的总热流可以综合辐射传热、支撑物传热以及残余气体传热等来估算。其中残余气体传热是与真空度紧密相关的。在真空玻璃制备的过程中,残余气体溶入或吸附于真空玻璃内表面。当真空玻璃所处环境温度升高时,气体分子剧烈运动,真空玻璃的内部压强也随之增大(即真空度降低)。而真空玻璃的热传导与其内部压强成正比,故真空玻璃所处环境温度升高,真空玻璃的热传导也增强,使得其隔热保温性能变差。本文根据悉尼大学实验室的数据拟合函数,以此预测高温环境下真空玻璃的内部压强值。

1、真空玻璃的传热分析

  基于杜瓦瓶(Dewar)原理设计的新型产品真空玻璃的内腔是真空状态———将两片玻璃用微小的支撑物方阵隔开,四周用玻璃钎焊料密封,中间抽成真空并密封排气孔,形成气压低于10-1 Pa的真空层,真空层的间隙为0.1mm~0.2mm。

  如图所示,真空玻璃总的传热包括辐射传热、支撑物传热以及残余气体传热,其中心部位的热导。

环境温度对服役中真空玻璃真空度的影响

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2、真空玻璃中残余气体的分析

  在真空玻璃的制备过程中,残余气体溶入或吸附于真空玻璃的内表面,其中绝大部分是水蒸气(H2O),少量的二氧化碳(CO2)、氧气(O2)、二氧化硫(SO2)等气体。压强减小时,能传输热的气体分子数也随之减少,但气体分子在碰撞中运动的相应也会远。对于压强小于等于10-1 Pa 的真空层,热量的传递主要通过夹层中空气分子与壁面的碰撞而实现的。

环境温度对服役中真空玻璃真空度的影响

图2 分子碰撞模型

  如图所示,气体分子m1,从表面2 离开,携带能量为E1,当m1 运动到表面1 并撞击表面1 时,将一部分能量传递给表面1,自身能量衰减到E2。分子m1 撞击完表面1 后,弹回表面2 继续获得能量,如此不断循环,实现能量传递。真空玻璃的内部压强低于10-1 Pa时,内部的残余气体成分子流状态。真空玻璃所处的环境温度升高时,气体分子的运动加剧,真空玻璃的内部压强也随之增大(真空度降低)。同时,真空玻璃的热传导性与其内部压强成正比,因此环境温度升高的同时,真空玻璃的热传导性也随之增强,使得其隔热保温性能降低。

3、温度对真空玻璃真空度的影响

  由来自悉尼大学物理学院R.E.COLLINS 和T.M.SIMKO 的实验数据得到下图曲线:

环境温度对服役中真空玻璃真空度的影响

图3 样本数据曲线图  图4 拟合函数曲线图

  由此图可见,一块标准的真空玻璃在高温情况下,压强急剧增大,使得真空玻璃的真空度变小,隔热保温性能变差。利用R 语言对此曲线进行拟合,可得到函数:

  此拟合函数的曲线如图所示:

环境温度对服役中真空玻璃真空度的影响

  拟合函数与原样本的拟合度为87.13%,即此函数可以代表样本曲线的走势,并能有效预测其他温度下真空玻璃的内部压强值。

4、结束语

  本文利用了R 语言对已得数据进行拟合。由已得数据与拟合函数的对比可看出,本文取得了预测效果。由此可得,一块真空玻璃的制备环境与使用环境的温度差距很大(假设其他条件相同)时,真空玻璃的隔热保温性能也将有很大差别。本文为后续真空玻璃真空度动态预测研究奠定理论基础。

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