LeakLab · расчётная подготовка испытаний
ВИДЕОИНСТРУКЦИЯ · РУССКИЙ ЯЗЫК · 1 МИН 7 С
Как оценить течь через капилляр
Посмотрите короткий разбор, затем подставьте свои исходные данные в калькулятор ниже.
- Укажите диаметр канала в мкм и длину в мм.
- Введите наружное и внутреннее давление в Па.
- Сопоставьте число Кнудсена и два предельных значения потока.
Учебный пример: 70 мкм, 8 мм, 100000 и 0,01 Па. Вязкая оценка — 0,2026 мбар·л/с; молекулярная — 0,005188 мбар·л/с.
Граница модели: идеальный круглый канал и воздух около 20 °C. При смене режима вдоль канала нельзя усреднять две оценки или считать их измеренным потоком реального дефекта.
Перейти к расчёту
Два предельных механизма переноса
При малом числе Кнудсена столкновения молекул между собой преобладают над взаимодействием со стенкой. При большом числе Кнудсена важнее столкновения со стенками канала. В одном дефекте при большом перепаде давления эти условия могут существовать одновременно на разных участках. Поэтому классификация только по давлению на вакуумной стороне недостаточна.
Математическая модель
В двух формулах потока d и L — в сантиметрах, давления — в мбар, Q — в мбар·л/с. Коэффициенты относятся к воздуху около 20 °C. Калькулятор переводит мкм, мм и Па автоматически.
Калькулятор и визуализация
Измените исходные данные: результат и схема пересчитываются автоматически. Допускаются десятичная запятая и запись вида 1e-7. Кнопка «Вернуть пример» восстанавливает учебные значения.
Пример, допущения и область применимости
Волокно, попавшее в уплотнение, может сформировать канал. Для учебной оценки заменим его круглым капилляром диаметром d = 70 мкм и длиной L = 8 мм. Реальный зазор вокруг волоса не является круглой трубкой, поэтому расчёт показывает масштаб и влияние режима, а не измеренный размер дефекта.
Для воздуха около 20 °C средняя длина свободного пробега λ ≈ 6,5·10⁻³/p, если p выражено в Па, а λ — в метрах. Число Кнудсена Kn = λ/d оценивают отдельно на обоих концах канала.
| Число Кнудсена | Условная классификация в расчёте |
|---|---|
| Kn < 0,01 | Вязкое течение; ламинарность проверяют отдельно |
| 0,01 ≤ Kn ≤ 0,5 | Переходная область, включая эффекты скольжения |
| Kn > 0,5 | Преобладание молекулярного переноса |
Границы режимов приближённые. При большом перепаде давления режим меняется вдоль канала. Для сравнения ниже вычисляются две идеализированные модели воздуха при 20 °C:
В этих двух формулах d и L выражены в сантиметрах, давление — в мбар, поток — в мбар·л/с. Калькулятор автоматически переводит введённые мкм, мм и Па.
Пример. При 10³ мбар снаружи и 10⁻⁴ мбар внутри Kn меняется примерно от 9,29·10⁻⁴ до 9,29·10³. Вязкая модель даёт около 0,203 мбар·л/с, молекулярная — около 0,00519 мбар·л/с.
Чувствительность к геометрии
В вязкой модели поток пропорционален четвёртой степени диаметра, в молекулярной — третьей. Даже небольшая ошибка в оценке эффективного диаметра сильно меняет результат. Реальный зазор между волокном и уплотнением имеет иную форму, шероховатость и изменяющееся сечение; его нельзя без проверки заменить круглой трубкой с диаметром волокна. Длина пути также может отличаться от толщины фланца.
Условия количественного применения
Численные коэффициенты относятся к воздуху около комнатной температуры и единицам, указанным под формулой. Для вязкого расчёта дополнительно нужны ламинарность, применимость изотермического приближения и отсутствие ограничения расхода на входе. Для коротких отверстий, переходного режима и деформируемых щелей требуется другая модель. Две показанные оценки служат сравнением предельных подходов и не образуют гарантированный интервал действительной течи.