毫秒量级快速动态真空校准气体膨胀过程研究

发布时间：2023-05-19 05:05

　　工业中许多在真空环境下操作的快速过程,要求系统压力相对大气压快速变化几个数量级,此类系统常利用真空计读数来监测控制。因此,真空计对压力快速变化的响应时间是真空计制造商及研究人员关注的重点。为研究真空计对压力快速变化的动态响应特性,兰州空间技术物理研究所(Lanzhou Institute of Physics,LIP)研制了一种毫秒(millisecond,ms)量级快速动态真空校准装置,其工作原理为利用上游室内约1 atm的气体经限流元件和快速开合超高真空插板阀以预计的方式膨胀向真空(10^-66 Pa量级)的下游室来近似工业生产中遇到的压力快速变化过程。然而,膨胀过程中上、下游气体流态在同一时刻通常不同且均随时间演变,可能会表现出湍流、湍-粘滞过渡流、粘滞流、粘滞-分子流和分子流等不同流态,而不同流态下管道流导的计算方法并不相同,且其值也不同,给计算限流组件对气体的流导带来了很大挑战。可见,开展限流组件的稀薄气体流动机理研究和理论分析具有重要理论意义和工程应用价值。本文以LIP开发的动态真空校准装置中的校准系统为研究对象,开展了以下主要工作:(1)构建了经实际气...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
主要符号表
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 动态真空校准技术研究现状
        1.2.2 稀薄气体非稳定流动与传热研究现状
    1.3 目前研究存在的问题
    1.4 本文主要研究内容
第2章 毫秒量级快速动态真空校准气体膨胀过程理论分析
    2.1 动态真空标准
        2.1.1 动态真空校准特点
        2.1.2 动态真空标准压力建立方法
        2.1.3 动态真空校准系统
    2.2 动态真空标准压力理论模型
    2.3 实际气体特性和温度变化对标准压力的影响
    2.4 快速开合超高真空插板阀阀板运动模型
    2.5 气体膨胀过程流态分析
        2.5.1 流态判据
        2.5.2 流态判别
        2.5.3 流态近似
    2.6 理论标准压力计算
    2.7 本章小结
第3章 毫秒量级快速动态真空校准气体膨胀过程数值模拟
    3.1 快速动态真空校准系统模型简化
    3.2 快速动态真空校准气体膨胀过程数值模拟
        3.2.1 有限元模型
        3.2.2 控制方程
        3.2.3 初始条件及热边界条件
        3.2.4 求解器设置
    3.3 阻塞流下下游边界压力对上游气体流动的影响
    3.4 模拟结果与分析
        3.4.1 上游室压力场分布
        3.4.2 上游室速度场分布
        3.4.3 上游室温度场分布
    3.5 实际气体特性及温度变化修正因子计算
    3.6 限流小孔流导计算
    3.7 本章小结
第4章 毫秒量级快速动态真空校准气体膨胀过程实验研究
    4.1 快速动态真空校准实验装置
    4.2 实验步骤及校准原理
    4.3 阻塞流流态下理论及模拟压力验证
    4.4 快速反应真空计响应时间测定
    4.5 上游室压力测量
    4.6 本章小结
第5章 全文总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 核心创新点
    5.3 后续工作展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文



本文编号：3819711