針對氣動真空系統(tǒng)中容腔的壓力響應，以往的經(jīng)驗方法沒有研究溫度變化帶來的影響。而在真空發(fā)生器回路的容腔抽吸過程中，容腔內(nèi)空氣溫度的變化會對壓力響應曲線產(chǎn)生影響。本文圍繞真空發(fā)生器回路和具有一定容積的抽吸容器，改進經(jīng)驗方法，建立了考慮熱傳遞的真空抽吸模型。為了研究真空抽吸過程中傳熱系數(shù)，使用間接測量法(“停止法”) 測得了容腔內(nèi)溫度的變化量，得出了無量綱努塞爾數(shù)隨抽吸時間的變化曲線。以等溫容器抽吸法獲得的真空發(fā)生器流量特性為基礎(chǔ)，使用定努塞爾數(shù)傳熱模型對真空容腔壓力響應進行了仿真。通過比較仿真和實驗結(jié)果可知，考慮熱傳遞的真空容腔壓力響應模型能較好地表示真空容腔內(nèi)壓力的變化。

　　由真空發(fā)生器為真空源的真空吸排系統(tǒng)近年來得到了廣泛的應用，如吸送式氣動輸送裝置借助真空發(fā)生器工作產(chǎn)生負壓腔，借助氣力輸送物料，具有維護方便、安全衛(wèi)生，減少勞動強度等優(yōu)點。又如真空潔具系統(tǒng)是傳統(tǒng)重力潔具裝置的改進和創(chuàng)新，是真空技術(shù)應用于生活廢物運輸?shù)牡湫蛻�用，體現(xiàn)了真空吸排系統(tǒng)用于衛(wèi)生設(shè)施的優(yōu)勢。在新興建筑、環(huán)保住宅和綠色交通中，生活廢物被真空系統(tǒng)收集并集中排污、具有清潔高效的優(yōu)點。真空吸排系統(tǒng)控制策略的制訂與真空抽吸作業(yè)壓力響應規(guī)律密切相關(guān)，需要根據(jù)真空容腔的壓力響應特性設(shè)定供氣壓力、供氣時間等參數(shù)。因此，分析真空容腔壓力響應過程的特點，并研究壓力響應解析模型，具有重要的學術(shù)意義和實際的應用需求。

　　在氣動真空回路中，當管路的長度和內(nèi)徑之比較大時，需要考慮細長管引起的壓力響應滯后，并進行合理的計算。當管路的長徑比很小、容腔的容積較大時，則需要考慮容腔的壓力響應。真空系統(tǒng)容腔壓力響應時間通常由經(jīng)驗公式估計，如果需要容腔的壓力響應曲線，還需依據(jù)經(jīng)驗參數(shù)，對壓力變化曲線進行擬合。由于沒有考慮溫度等因素帶來的影響，預估值與實際測量的結(jié)果有較大偏差，因此，建立合理的理論模型十分必要。

　　對于真空抽吸回路動態(tài)壓力響應過程，需要考慮溫度變化對壓力響應的影響。早期的研究曾將容腔的真空抽吸過程假設(shè)為絕熱過程來近似壓力響應曲線。之后的研究中，針對卷繞式真空鍍膜機的真空室抽氣過程，通過測量真空室內(nèi)的氣體溫度的變化量，得出傳熱條件不同時，氣體溫度的變化量是不同的。因此，對于不同的真空系統(tǒng)而言，真空發(fā)生器的流量特性和元件參數(shù)不同時，需要考慮氣體溫度的變化，更準確地描述壓力變化過程。綜上所述，對于一定容積的被抽吸容器，需要改進經(jīng)驗方法，研究抽吸過程傳熱規(guī)律，建立更為準確的壓力響應模型。

1、考慮熱傳遞的真空抽吸模型

　　以衛(wèi)生潔具的真空吸排系統(tǒng)為例說明真空容腔的作用和工作原理。圖1(a) 為真空潔具的照片，借助真空收集罐的負壓，將潔具中的廢棄物抽吸入真空收集罐，并暫存其中等待進一步處理。圖1(b) 為真空發(fā)生回路圖，氣源供給的壓縮空氣經(jīng)減壓后，由電磁閥控制輸入真空發(fā)生器，真空側(cè)連接真空收集罐，排氣側(cè)接消音器等輔助設(shè)備。系統(tǒng)運行時，真空發(fā)生器工作，真空收集罐容腔中壓力由大氣壓下降到所需真空度，進行真空抽吸作業(yè)。

圖1 真空容器抽吸回路

　　分析容腔真空抽吸過程，一方面，在真空發(fā)生器的抽吸作用下，空氣被卷吸入真空發(fā)生器，使容腔內(nèi)空氣壓力下降、容腔內(nèi)空氣溫度降低。另一方面，空氣從容腔壁吸熱(圖2中示意為熱量Q) ，使溫度有緩慢回升的趨勢。假設(shè)容腔內(nèi)空氣平均溫度θca，平均密度ρca，平均壓力pca，則每一時刻容器內(nèi)空氣壓力、密度和溫度的關(guān)系滿足理想氣體狀態(tài)方程

圖2 真空抽吸模型

　　式(1) 兩側(cè)同對時間t 微分，且因為從容腔中流出的流量與真空發(fā)生器的吸引流量Get相等，得到以下方程

　　因為真空發(fā)生器動態(tài)響應非�？�，所以在抽吸過程中，抽吸口處的吸引流量可以用流量特性關(guān)系式(3) 計算，抽吸口處壓力用pet(kPa，abs) 表示，吸引流量用Get(g/s) 表示。式(1) - 式(3) 聯(lián)立，即可求解真空抽吸過程中壓力、流量、溫度等物理量。

4、結(jié)論

　　本文針對氣動真空系統(tǒng)中容腔的壓力響應，圍繞真空發(fā)生器回路和具有一定容積的抽吸容器，改進了經(jīng)驗方法，建立了考慮熱傳遞的真空抽吸模型。為了研究真空抽吸過程中傳熱系數(shù)，使用間接測量法(“停止法”) 測得了容腔內(nèi)溫度的變化量，得出了無量綱努塞爾數(shù)隨抽吸時間的變化曲線。以等溫容器抽吸法獲得的真空發(fā)生器流量特性為基礎(chǔ)，使用定努塞爾數(shù)傳熱模型對真空容腔壓力響應進行了仿真。與絕熱假設(shè)相比，考慮熱傳遞的模型能更好地模擬抽吸時容腔內(nèi)的壓力，計算值與實驗值的最大偏差量在4% 以內(nèi)。因此，考慮熱傳遞的真空容腔壓力響應模型能較好地表示真空容腔內(nèi)壓力的變化。