管腔构造的蒸汽穿透机制

 将脉动真空中蒸汽对一段盲端管腔结构的 穿透步骤进行了分解。假定一个特定的灭菌程序 中，每一次脉动真空均可完整抽取舱内全部气体的 90%，并且真空抽取与注入均在较短时间内完成。 管腔内部被蒸汽穿透的情况可分为以下步骤：

（1）在第一次进行脉动真空后，舱内各部位压 强由100 kPa降至10 kPa，管腔内靠近开口前段90% 空气被抽出，剩余10%空气被拉伸至开口。

（2）第一次注入蒸汽，使舱内压强回复至100 kPa。 管腔中在第一步拉伸至管口的 10% 空气被压缩回 管腔末端并占据 10% 的位置。管内靠近开口前端 90% 空间被蒸汽占据。高温蒸汽接触到温度相对 更低的管腔内壁发生凝结，产生温度较高的液态水 停留在管腔内由蒸汽占据的区域。

（3）在进行了第二次脉动真空后（100 kPa 降至 10 kPa），靠近开口前段的占据管腔内空间90%的蒸 汽被全部抽除，盲端10%空间的空气再次被拉伸至 管口占据全部空间。然而此时管腔前端内壁上仍 然有部分第一次蒸汽注入时凝结产生的高温液态 水。由于此部分液态水的温度高于当前极低压强 下（10 kPa）对应的水的沸点（45°C），则液态水会迅 速汽化产生大量蒸汽分子，并与当前空间的空气分 子混合。气态蒸汽一旦产生，此部分压强就会高于 外部压强，由于真空泵仍在不断作用，此部分蒸汽 与空气的混合气体会接收到向管外的拉力，被抽出管腔。

（4）在理想情况下，管腔内前端 90% 空间的空 气可几乎完全随蒸汽分子排出，即第二次脉动真空 后的近似真空状态下，管腔前端90%的空间全部被 蒸汽占据。剩余占据 10% 空间的空气实际含量只 有最初的 1%；第二次注入蒸汽时，舱内压强回复至 100 kPa。实际含量为最初1%的空气被压缩至管内 末端1%的位置，剩余99%空间被蒸汽占据，并且再 次在此空间内凝结出液态水。到此刻为止第二次 脉动真空结束，管内仅残留1%的空气。

后续脉动真空过程在此蒸汽穿透机制下延续， 每次脉动真空后均可使管内空气含量降为前次的 1/10。在此机制中最为关键的步骤是每次蒸汽进入 管腔内部后均在内壁上凝结出高温液态水，高温液 态水在下一次脉动真空中汽化产生的蒸汽分子起 到了重要的对管内残存空气的“推出”作用，内壁的 面积决定了凝结出的高温水量，也即意味着下一次 脉动真空中汽化产生的蒸汽分子的数量，蒸汽分子 的数量决定了“推出”空气的数量。因管腔容积与 管腔的内径二次方成正比关系，当管腔内径增加， 管腔在经过一次脉冲之后，腔体内残留的空气体积 就会增加为管腔内径增量的平方；而管腔内表面积 与管腔内径成正比，管腔每次脉动真空“推出”的空 气与管腔的内表面积也成正比关系，当管腔内径增 加，每次脉动真空后管腔排除空气体积的能力与管 腔内径的增量相同。综合两种变量考虑，当管腔内 径增加，管腔经每次脉冲后，空气残留量为管腔内 径增量的二次方、空气排出量与管腔内径的增量相 同，不难得出管腔的蒸汽穿透难度与管腔内径成正 比。同理亦可分析管腔长度增加对管腔的蒸汽穿 透难度的影响。