為了評估氣體介質經多級漏孔的泄漏量，指導多道密封結構的安全設計，有必要研究氣體經多級漏孔的泄漏特性。通過建立雙級與多級漏孔的數學模型，在不同的初始條件下對多級漏孔的泄漏特性進行了計算分析。結果表明：多級漏孔的穩定漏率僅與各級獨立漏孔漏率有關，與中間空腔體積無關，其倒數等于各級漏孔漏率的倒數之和。影響穩定時間的因素包括末級漏孔的漏率、其余各級漏孔組成的多級漏孔漏率以及中間空腔的容積。利用分析結果，提出了多級漏孔漏率的預測方法。

　　密封與泄漏是對立統一、互為依存的一對現象。在真空技術領域中，密封結構的密封性能通常都以漏孔的漏率來描述，本文以多級漏孔替代多級密封結構分析其氣體泄漏特性。漏孔通常被認定為單個長圓形管道結構，而實際中遇到的漏孔以多級漏孔最為常見。所謂多級漏孔，是由兩級或兩級以上的單個漏孔多級而成，各級漏孔之間存在中間空腔，如雙面焊兩側接縫均存在漏孔而形成的組合式漏孔（如圖1 左），或是專門設計的多道密封結構存在貫穿各密封結構的漏隙，如圖1 右所示多道密封法蘭。

圖1 典型的多級漏孔結構形式

　　相對于單個漏孔，氣體經多級漏孔的泄漏過程比較復雜，其漏率按特定的趨勢變化，并且穩定時間較長。本文通過建立氣體經多級漏孔泄漏過程的數學模型方程，求解方程并進行計算分析，研究了氣體經多級漏孔泄漏的基本特性，探討多級漏孔的氣體泄漏規律。

1、數學建模

　　氣體在壓差或濃度差的驅動下由多級漏孔的一側向另一側泄漏，其泄漏過程如圖2：對多級漏孔一側持續施加某種氣體，該氣體通過第一級漏孔漏入一、二級漏孔間的中間空腔，導致空腔內該氣體壓力和濃度的逐步升高；與此同時，空腔內的氣體通過二級漏孔向下一級泄漏，引起相應空間的氣壓變化，其漏率隨二級漏孔兩側氣體的壓力或濃度差增大而增大；以此類推直至最末級漏孔，當單位時間漏入與漏出最末兩級漏孔間中間空腔的氣體量相同時，漏孔達到穩態，多級漏孔及組成它的各級獨立漏孔的漏率達到恒定。自始至終，氣體通過整個多級漏孔的漏率由氣體流經最末級漏孔的實時漏率所決定，由于最末級漏孔前的各個中間空腔內的氣體壓力和濃度都是逐漸增加并最終穩定的，因此多級漏孔的實時漏率也是逐步升高并最終穩定的。

圖2 多級漏孔泄漏的數學模型

　　為簡化分析推導過程，本文研究對象只針對氣體以分子流流態通過的漏孔，文獻2指出氣體通過漏率小于1.0×10^-7Pa·m³/s 的漏孔時均為分子流。

4、結論

　　（1）穩定狀態下多級漏孔的漏率僅與各級獨立漏孔的漏率有關，而與中間空腔的容積無關。穩定漏率的倒數等于各級漏孔漏率的倒數之和，即1/Q∞= 1/Q1+ 1/Q2+…+ 1/Qn。

　　（2）影響多級漏孔漏率的穩定時間主要有三個參數：末級漏孔的漏率、其余各級漏孔組成的多級漏孔（對于雙級漏孔，即第一級漏孔）的漏率以及中間空腔的容積。穩定時間隨前兩個參數的增加而縮短、隨空腔容積的增大而顯著延長。

　　（3） 基于氣體經多級漏孔的泄漏特性，提出了多級漏孔的漏率預測方法。該方法可用于評估氣體介質的泄漏指標，并可指導多道密封結構的安全設計。

參考文獻

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