盘型分子泵过渡流态DSMC模拟研究
发布时间：2020-12-07 06:26
盘型分子泵是牵引分子泵中的一种，气体流向为径向，不同于轴流牵引分子泵。由于自身特点决定，其抽气腔的几何形状决定了泵的抽气性能，这样对于分子泵的设计来说，怎样能让气体在径向有效的流动，是盘型分子泵的研究重点。实际设计中提出过很多理论型线，也有很多的气体研究方法，本文主要研究的是其中的圆弧形型线的抽气腔，使用的研究方法是直接模拟蒙特卡罗方法(DSMC方法)。圆弧形型线在设计中应用的十分广泛，因为其型线简单，加工容易，从而成为现今牵引分子泵的主流之一。同时，盘型分子泵的结构紧凑，质量轻，在复合分子泵中，将其作为牵引级来说比圆柱螺旋槽盘型泵短，节约了空间，减少了泵体高度，使得泵的动平衡性能加强。直接模拟蒙特卡罗方法是一种先进的研究稀薄气体动力学的方法，在研究分子运动中采用了划分单元格的方法、抽样碰撞方法、运动与碰撞解耦方法、随机数方法，将分子的状态描述出来，统计和分析分子的运动、碰撞、反射、旋转、化学反应等过程，记录分子的位置、速度、温度、质量、分子数密度、自由度、动量、动能等微观参数，并能得出气体的宏观流动参数和流动特性，从而可以对分子进行运动学、动力学、热力学分析，分析得到稀薄气体的各种性...
【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
独创性声明
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 稀薄气体过渡流态的模拟方法介绍
1.2.1 矩方程方法
1.2.2 Monte-Carlo方法
1.2.3 CFD方法
1.2.4 直接模拟法
1.2.5 其它方法
1.3 本文工作
第二章 盘型分子泵简介
2.1 分子泵概述
2.2 盘型分子泵原理
2.3 盘型分子泵型线简介
第三章 直接模拟蒙特卡罗方法（DSMC）
3.1 概述
3.1.1 蒙特卡罗方法基本思想
3.1.2 直接模拟蒙特卡罗方法特点
3.1.3 气体分子动力学原理
3.1.4 直接模拟蒙特卡罗方法与Boltzmann方程
3.2 直接模拟蒙特卡罗模拟原理
3.2.1 DSMC方法模拟流程
3.2.2 DSMC方法中的分子运动问题
3.2.3 DSMC方法中的碰撞问题
3.2.4 DSMC方法中的边界问题
3.2.5 DSMC方法中的网格划分及时间步长
第四章 盘型分子泵抽气过程的DSMC模拟
4.1 建立几何模型
4.2 网格划分
4.3 运动与碰撞设计
4.4 入口边界设计与碰撞边界设计
4.5 其它关键技术处理
4.5.1 初始数据的设置
4.5.2 最大压缩比的统计
4.5.3 最大抽气系数的计算
4.5.4 实验气体的选择
4.5.5 达到平衡状态的循环情况
第五章 模拟结果分析
5.1 几何参数对抽气系数的影响
5.1.1 R3的影响
5.1.2 Rc的影响
5.1.3 R1的影响
5.1.4 RPM的影响
5.1.5 高度H的影响
5.1.6 开口大小的影响
5.2 温度对抽气系数的影响
5.2.1 表面温度的影响
5.2.2 气体温度的影响
5.3 其它因素的影响
5.3.1 气体种类的影响
5.3.2 表面反射类型的影响
5.3.3 气体碰撞模型的影响
5.4 不同气体的压缩比与抽气系数
5.4.1 氮气在不同压缩比下的抽气系数
5.4.2 氢气在不同压缩比下的抽气系数
5.4.3 氧气在不同压缩比下的抽气系数
5.4.4 氩气在不同压缩比下的抽气系数
5.4.5 氦气在不同压缩比下的抽气系数
5.5 抽速计算
5.6 程序统计规律研究
5.6.1 分子随着时间的变化趋势
5.6.2 程序的振荡现象
5.7 本章总结
第六章 结束语及对未来工作展望
6.1 研究总结
6.2 未来工作展望与建议
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]盘型分子泵3D过渡流特性[J]. 巴德纯,刘波,王晓冬,杨乃恒,于治明. 真空科学与技术学报. 2004(01)
[2]盘型分子泵3D流动的数学模型[J]. 巴德纯,杨乃恒,王晓冬. 真空. 1998(05)
[3]拖动分子泵的抽速[J]. 储继国. 真空电子技术. 1998(04)
[4]拖动分子泵的压缩比——工作间隙的自泄漏模型[J]. 储继国. 真空. 1997(04)
[5]双拖动分子泵[J]. 储继国. 真空科学与技术. 1996(02)
[6]现代涡轮分子泵的技术现状与展望[J]. 杨乃恒. 真空. 1996(02)
硕士论文
[1]DSMC方法在循环流化床中的数值模拟[D]. 李满枝.西北工业大学 2004
[2]稀薄气体流动的DSMC/EPSM混合算法研究[D]. 吴明巧.国防科学技术大学 2001
本文编号：2902802
【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
独创性声明
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 稀薄气体过渡流态的模拟方法介绍
1.2.1 矩方程方法
1.2.2 Monte-Carlo方法
1.2.3 CFD方法
1.2.4 直接模拟法
1.2.5 其它方法
1.3 本文工作
第二章 盘型分子泵简介
2.1 分子泵概述
2.2 盘型分子泵原理
2.3 盘型分子泵型线简介
第三章 直接模拟蒙特卡罗方法（DSMC）
3.1 概述
3.1.1 蒙特卡罗方法基本思想
3.1.2 直接模拟蒙特卡罗方法特点
3.1.3 气体分子动力学原理
3.1.4 直接模拟蒙特卡罗方法与Boltzmann方程
3.2 直接模拟蒙特卡罗模拟原理
3.2.1 DSMC方法模拟流程
3.2.2 DSMC方法中的分子运动问题
3.2.3 DSMC方法中的碰撞问题
3.2.4 DSMC方法中的边界问题
3.2.5 DSMC方法中的网格划分及时间步长
第四章 盘型分子泵抽气过程的DSMC模拟
4.1 建立几何模型
4.2 网格划分
4.3 运动与碰撞设计
4.4 入口边界设计与碰撞边界设计
4.5 其它关键技术处理
4.5.1 初始数据的设置
4.5.2 最大压缩比的统计
4.5.3 最大抽气系数的计算
4.5.4 实验气体的选择
4.5.5 达到平衡状态的循环情况
第五章 模拟结果分析
5.1 几何参数对抽气系数的影响
5.1.1 R3的影响
5.1.2 Rc的影响
5.1.3 R1的影响
5.1.4 RPM的影响
5.1.5 高度H的影响
5.1.6 开口大小的影响
5.2 温度对抽气系数的影响
5.2.1 表面温度的影响
5.2.2 气体温度的影响
5.3 其它因素的影响
5.3.1 气体种类的影响
5.3.2 表面反射类型的影响
5.3.3 气体碰撞模型的影响
5.4 不同气体的压缩比与抽气系数
5.4.1 氮气在不同压缩比下的抽气系数
5.4.2 氢气在不同压缩比下的抽气系数
5.4.3 氧气在不同压缩比下的抽气系数
5.4.4 氩气在不同压缩比下的抽气系数
5.4.5 氦气在不同压缩比下的抽气系数
5.5 抽速计算
5.6 程序统计规律研究
5.6.1 分子随着时间的变化趋势
5.6.2 程序的振荡现象
5.7 本章总结
第六章 结束语及对未来工作展望
6.1 研究总结
6.2 未来工作展望与建议
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]盘型分子泵3D过渡流特性[J]. 巴德纯,刘波,王晓冬,杨乃恒,于治明. 真空科学与技术学报. 2004(01)
[2]盘型分子泵3D流动的数学模型[J]. 巴德纯,杨乃恒,王晓冬. 真空. 1998(05)
[3]拖动分子泵的抽速[J]. 储继国. 真空电子技术. 1998(04)
[4]拖动分子泵的压缩比——工作间隙的自泄漏模型[J]. 储继国. 真空. 1997(04)
[5]双拖动分子泵[J]. 储继国. 真空科学与技术. 1996(02)
[6]现代涡轮分子泵的技术现状与展望[J]. 杨乃恒. 真空. 1996(02)
硕士论文
[1]DSMC方法在循环流化床中的数值模拟[D]. 李满枝.西北工业大学 2004
[2]稀薄气体流动的DSMC/EPSM混合算法研究[D]. 吴明巧.国防科学技术大学 2001
本文编号：2902802
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jixiegongcheng/2902802.html
