Автореферат (1025787)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиШемарова Ольга АлександровнаРАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ РАСЧЕТАПРОЦЕССА ТЕЧЕНИЯ РАЗРЕЖЕННЫХ ГАЗОВ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИС НАПРАВЛЕННЫМИ ПОТОКАМИ ЧАСТИЦСпециальность 05.04.06 – «Вакуумная, компрессорная техника ипневмосистемы»АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2015Работа выполнена в Московском государственномуниверситете им. Н.Э.

Баумана (МГТУ им. Н.Э. Баумана).техническомНаучный руководитель:кандидат технических наук, доцентНикулин Николай КонстантиновичОфициальные оппоненты:доктор технических наук, профессорСеверцев Семен Алексеевич,ведущий специалист по вакуумной икриогенной технике ОАО НПО«Наука».кандидат технических наукРомочкинЮрийГеннадьевич,начальникасектораФГУП«Всероссийский электротехническийинститут им. В.И. Ленина».Ведущее предприятие:ОАО«Научно-исследовательскийинститут вакуумной техникиим.

С.А. Векшинского».Защита состоится «18» ноября 2015г. в 16 часов 30 минут на заседаниидиссертационного совета Д 212.141.16 при МГТУ им. Н.Э. Баумана по адресу:105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, 5, стр.1.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО«МГТУ им. Н.Э. Баумана» и на сайте http://www.bmstu.ru.Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатьюучреждения, просим присылать по адресу: 105005, г.

Москва, ул. 2-яБауманская, 5, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.141.16.Автореферат разослан «16» октября 2015г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.141.16кандидат технических наук, доцентМ. А. КолосовОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность исследованияНеобходимость разработки теории и создания достаточно точнойматематической модели на ее основе, описывающей течение разреженного газав потоке металлического пара, определяется многообразием технологическихпроцессов, протекающих при наличии паров легкоплавких металлов, причемувеличение концентрации газообразных продуктов вследствие газовыделения,сорбционных и различных сопутствующих процессов (например, образованиепродуктов деления) ведет к уменьшению эффективности рабочих процессов.Для обеспечения допустимой концентрации откачиваемых газов (на уровневысокого и сверхвысокого вакуума) необходимо знать параметры течениягазовой среды в присутствии металлического пара.В настоящее время не существует теории, описывающей течениеразреженного газа в потоке металлического пара, давление которогосоответствует переходному режиму течения.

Несмотря на то, что исследованиятечения газа в этом режиме ведутся уже длительное время, теории, полноценноописывающей свойственные ему физические процессы, так и не разработано,как и универсального метода расчета параметров течения. Существуютразличные подходы для решения задачи о течении газа в каналах в переходномрежиме, но они дают значительную погрешность и нуждаются вэкспериментальной проверке.На сегодняшний день при описании процесса течения газа в магистралине учитывается взаимодействие откачиваемого газа с паром металла ииспользуются в основном полуэмпирические зависимости на основе уравнениядиффузии. Такое описание может быть использовано только в некоторыхчастных случаях, а также не позволяет учесть существенные факторы:возможность поглощения газа металлическим паром и поверхностью трубы,наличие градиента температуры в системе, вектор скорости потокаметаллического пара.

Также следует учесть, что такое описание применимотолько для течений с небольшими скоростями.Проведенный литературный обзор научно-технической литературыподтвердил правомерность сделанных предположений и необходимостьсоздания методов расчета процессов вакуумирования систем в присутствиинаправленного движения потока пара металла.

Известных аналогов описаниявзаимодействия разреженного газа с металлическим паром в переходномрежиме течения не обнаружено.Цель работы, объект и задачи исследованияЦель работы состоит в создании методов расчета и математическихмоделей пространственно-неоднородных течений разреженного газа в канале, вкотором движется поток металлического пара, а также в разработке алгоритмовдля реализации расчета основных параметров течения газа в канале с потокомметаллического пара.1Объектом исследования является течение газа в канале через потокметаллического пара в широком диапазоне давления и процесс откачкиразличных газов из систем с металлическим паром.Отношение давления пара к давлению газа в канале примерно равно 105,течение в канале соответствует переходному режиму или началу вязкостного.Это позволяет описать течение пара с помощью законов ламинарного течения,а для разреженного газа применить статистические методы численногомоделирования.Задачи исследования:1.

Создание ММ течения разреженного газа в широком диапазоне чиселКнудсена в вакуумных системах с геометрией любой сложности и потокомметаллического пара с учетом сорбирующих свойств металлического пара иповерхности канала; вектора скорости потока пара; скольжения на стенкеканала; нестационарности процесса; возможности простого введения в модельразличных возмущающих воздействий.2.

Разработка методов расчета основных параметров таких систем:проводимость U, эффективная быстрота откачки Sэф, массив векторовскоростей частиц в зависимости от времени t и положения в пространстве rC(t,r), давление газа p(t,r), плотность потока молекул газа v(r).3. Разработка программ для реализации расчета основных параметровтечения газа.4. Проведение расчетно-теоретических исследований на базеразработанной ММ: исследование влияние на параметры газового течениявеличины и скорости потока металлического пара и поглощающих свойствповерхности канала и металлического пара.5. Практическая реализация.Методы исследованияДля исследования течения газа в канале, в котором движется потокметаллического пара, были разработаны следующие математические модели:математическая модель на основе уравнения нестационарной диффузии;статистические математические модели (математическая модель на основеметода пробной частицы и метода частиц в ячейках).Каждая из моделей охватывает определенный диапазон Kn и имеет рядпреимуществ и ограничений при решении широкого спектра задач.Чтобы понять суть протекающих в рассматриваемой системе физическихпроцессов и выявить их закономерности, разработаны математические модели сопределенными допущениями.

Результаты численных экспериментов,полученных при моделировании течения разреженного газа в системе поразным методикам, сравниваются с экспериментальными данными и наосновании этого делаются выводы о применимости указанных методов изначимости различных факторов и процессов.2Научная новизнаВпервые создан комплекс математических моделей течения газа всистеме с потоком металлического пара для различных чисел Кнудсена.Впервые создана математическая модель течения разреженного газа вмагистрали с потоком металлического пара на основе уравнения диффузии.Данная модель охватывает вязкостный и начало переходного режимов течениягаза и позволяет рассчитать распределение давлений в магистрали и еепроводимость.

При Kn≤0,01 погрешность модели не превышает 4%, приKn=0,01..0,1 погрешность модели составляет 10..15%.Впервые создана математическая модель на основе метода пробнойчастицы, в которой учтены сорбирующие свойства металлического пара иповерхности канала, направление и величина потока металлического пара, икоторая позволяет рассчитывать системы с геометрией любой сложности.Данная модель охватывает молекулярный и начало переходного режимовтечения газа.

При Kn≥0,03 погрешность модели в пределах 3%, в переходномрежиме Kn=0,03..0,01 возрастает до 5..15%.Впервые создана математическая модель на основе метода частиц вячейках, в которой учтены следующие факторы: сорбирующие свойстваметаллического пара и поверхности канала; вектор скорости потока пара;скольжение на стенке канала; процесс нестационарный (модель должнаотображать его развитие во времени); возможность простого введения в модельразличных возмущающих воздействий.Данная модель охватывает весь диапазон чисел Кнудсена: при Kn≥0,01погрешность не превышает 5%, при Kn<0,01 возрастает до 10..20%.Практическая ценность работыОчевидно, что в случае, когда технология опережает теорию,увеличиваются затраты при проектировании и эксплуатации. Следовательно,предлагаемое исследование может быть полезно для расчета параметровтечения разреженного газа в системах с потоком металлического пара припроектировании следующих систем:− Электрогенерирующиеканалытермоэмиссионногореакторапреобразователя.

Чтобы получить оптимальные величины работы выходаэмиттера и коллектора и компенсировать объёмный заряд электронов, взазор между эмиттером и коллектором вводят легко ионизируемые парыцезия.− Высокотемпературные теплообменники, в которых в качестветеплоносителя используются легкоплавкие металлы.− Диффузионные средства откачки, в которых используютсялегкоплавкие металлы.

Например, парортутные насосы, которыеприменяют для откачки систем, где пары ртути − рабочая среда (ртутныевыпрямители, лампы), и в установках, где необходима высокая чистотарабочей среды (в масс-спектрометрах, сверхвысоковакуумных системахтермоядерных установок).3Положения, выносимые на защитуМетоды расчета пространственно-неоднородных течений разреженногогаза в канале, в котором движется поток металлического пара и математическиемодели для реализации расчета основных параметров течения газа в канале сучетом сорбционных свойств и скорости частиц пара и поглощающих свойствповерхностей канала.

Результаты теоретических исследований процессатечения разреженного газа в вакуумных системах с металлическим паром.Достоверность полученных данныхПроведено сравнение результатов численных экспериментов, полученныхпри моделировании течения разреженного газа в вакуумной системе спомощьюразработанногокомплексаматематическихмоделейсэкспериментальными данными, опубликованными в открытой литературе, и наосновании этого сделаны выводы о достоверности полученных результатов.Сравнения результатов моделирования проведено с экспериментальнымизначениями проводимости каналов.Работа внедрена для расчета вакуумной системы на ОАО «КраснаяЗвезда», что подтверждено актом. Использованы руководящие расчетныематериалы вакуумной системы с парами металлов.Личный вклад автора в работуРезультаты работы получены лично автором. Автором разработан методрасчета течения газа в вакуумной системе с металлическим паром, созданыматематические модели, разработаны алгоритмы расчеты и написаныпрограммы, в которых проведены численные эксперименты, и проведен анализрезультатов.Апробация работыОсновные результаты работы докладывалисьследующих конференциях и семинарах:иобсуждалисьна1.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации