Состояние потока газа вдоль трубопровода можно разделить на четыре типа: турбулентность, вязкий поток, вязко-молекулярный поток и молекулярный поток.
Турбулентность
Когда давление и скорость потока газа высоки, поток газа — это действующая инерциальная сила, и линия потока газа не прямая и не неправильная, а находится в вихревом состоянии То есть вихрь иногда появляется, а иногда исчезает. Давление и расход каждой точки газа в линии меняются со временем. Скорость и направление молекул газа примерно совпадают со средней скоростью и направлением потока газа. Расход в трубопроводе пропорционален квадратному корню градиента давления газа.
Турбулентность появляется только в тот момент, когда начинает работать грубый насос. Грубая перекачка создаёт турбулентность при работе близко к атмосферному давлению. За исключением особенно больших вакуумных сосудов, турбулентность обычно длится недолго, поэтому это состояние потока обычно не учитывается при расчётах.
Вязкий поток
Вязкий поток возникает, когда давление газа высокое и скорость расхода мала. Его инерциальная сила мала, и внутреннее трение газа играет важную роль. В этой точке направление линии потока становится прямой, лишь немного изогнутой при неровности трубы. Расход газа в трубопроводе прямо пропорционален градиенту давления. То есть он прямо пропорционален разнице квадратов между давлением на обоих концах трубы.
Газовые слои в трубопроводе имеют разные скорости и слои потока. Газ возле стенки трубы почти не течёт, один слой газа скользит на другой, а максимальный расход находится в центре трубы. Средний самопровергаемый путь молекул газа значительно меньше, чем линейные размеры сечений труб.
Молекулярный поток
Молекулярный поток возникает, когда давление в трубопроводе очень низкое, а средний свободный путь молекул газа значительно превышает диаметр трубы. В настоящее время внутреннее трение молекул газа исчезает, столкновение между молекулами можно игнорировать, а столкновения между молекулами и стенкой трубы происходят часто. Молекулы газа перемещаются термически по трубопроводу, и молекулы проходят по трубопроводу свободно и независимо. Поток газа по трубопроводу пропорционален разности давлений между двумя концами трубы.
Вязкий — молекулярный поток
Состояние потока между вязким и молекулярным течением называется вязко-молекулярным потоком, также известным как переходный поток. Он возникает при давлении, которое не слишком высокое, а молекулы газа имеют средний свободный путь λa≈d.
Метод определения состояний газового потока
Для отверстия с протечкой, поскольку форма отверстия довольно сложная, трудно определить состояние воздушного потока отверстия. Согласно соответствующей информации, при диаметре отверстия утечки d>5 мкм это можно рассматривать как вязкий поток, а соответствующая скорость утечки составляет 10⁻⁶ Па.м³/с и более. Когда диаметр отверстия для утечки равен d<lpm, это считается молекулярным потоком, а соответствующая скорость утечки составляет 10⁻⁹ Пам³/с или меньше. Для протечек из платинового стекла стандартно, когда утечка меньше 10⁻7 Папа.m³/s — молекулярный поток.