Автореферат (1025787), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Международный молодежный научный форум-олимпиада поприоритетным направлениям инновационного развития РФ. Москва, МГТУ им.Н.Э. Баумана, 2010.2. III Всероссийская научная конференция молодых ученых аспирантов истудентов «Вакуумная, компрессорная техника и пневмоагрегаты». Москва,МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010.3. IV Всероссийская научная конференция молодых ученых аспирантов истудентов «Вакуумная, компрессорная техника и пневмоагрегаты».
Москва,МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011.4. Четвертая Всероссийская конференция молодых ученых испециалистов «Будущее машиностроения России». Москва, МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2011;5. VI Международная конференция «Вакуумная техника, материалы итехнологии». Москва, ВакуумТехЭкспо, 2011.46. VII Международная конференция «Вакуумная техника, материалы итехнологии». Москва, ВакуумТехЭкспо, 2012.7. Пятая Всероссийская конференция молодых ученых и специалистов«Будущее машиностроения России».
Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012;8. XIX научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника» сучастием зарубежных специалистов». Судак, 2012.9. VIII Международная конференция «Вакуумная техника, материалы итехнологии». Москва, ВакуумТехЭкспо, 2013.10. XX юбилейной научно-технической конференции с участиемзарубежных специалистов «Вакуумная наука и техника». Ялта, 2013;11. IX Международная конференция «Вакуумная техника, материалы итехнологии». Москва, ВакуумТехЭкспо, 2014.ПубликацииОсновное содержание диссертации отражено в 12 научных работах, изних 3 статьи в перечне журналов, утвержденных ВАК РФ; общим объемом11,83 п.
л.Структура и объем работыДиссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов, спискалитературы (86 наименований). Работа изложена на 115 страницахмашинописного текста, содержит 36 рисунков, 5 таблиц.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении дана общая характеристика работы, обоснованаактуальность темы диссертации, определены цели и объект исследования,указаны научная новизна и практическая значимость.В первой главе дан краткий обзор литературы по теме диссертации.Обоснована практическая ценность исследования. Рассмотрены основныеподходы моделирования течения газа в переходном режиме, а также эффектскольжения, свойственный переходному режиму течения, обоснован и выбранподход его для описания.Сделана постановка целей и задач исследования и отмечены наиболееважные особенности процесса течения газа через поток металлического пара,которые необходимо учесть при разработке методов расчета.Вторая глава посвящена созданию методов расчета и комплексаматематических моделей течения разреженного газа через потокметаллического пара.В первом параграфе второй главы рассмотрена диффузионнаяматематическая модель процесса течения газа в канале с металлическим паром.Отмечены основные допущения, необходимые для создания математическоймодели, представлена расчетная схема (Рисунок 1), алгоритм реализации ирезультаты моделирования (изменение концентрации и давления газа по длинеканала и в зависимости от времени).5Рисунок 1.
Расчетная схемаМетод расчета основан на уравнения диффузии (2-го закона Фика), ипроцесс течения газа в канале с металлическим паром рассматривается какпроцесс газовой диффузии:) D ⋅ u xx ( x, t ) ,ut ( x, t=где u ( x, t ) – относительная плотность газа в трубопроводе, D – коэффициентдиффузии.Изменение концентрации газа является нестационарным процессом иописывается дифференциальным уравнением в частных производных. Этоуравнение не имеет аналитического решения и решается численным методомГалеркина в среде Borland Delphi 7.Граничные и начальные условия определены из условий протеканияпроцесса.1.Начальное условие: u ( x,0) = C1 , где C1 - начальная относительнаяплотность газа в трубе;2.Граничные условия:a) u (0, t ) = umax - плотность газа на входе в трубопровод,, t ) DrL ⋅ u (rL, t ) - поток газа на выходе из трубопровода,b) u x (rL=где DrL - скорость, с которой молекулы газа пересекают границувыходного сечения трубопровода.Данных по коэффициентам взаимодиффузии газов с парами легкоплавкихметаллов недостаточно, поэтому процесс рассматривается сначала какмолекулярная диффузия, а затем как самодиффузия, чтобы, сравниваярезультаты вычислений, сделать выводы о правомерности использованиякоэффициентов.Коэффициент молекулярной диффузии может быть рассчитан поформуле:Dm = U / rL ,где U - проводимость трубопровода в молекулярном режиме течения газа, rL –длина трубопровода.Если трубопровод заполнен металлическим паром, молекулы которогоблизки по свойствам молекулам газа, процесс можно рассмотреть каксамодиффузию с коэффициентом:628 2 k ⋅ TK 3111⋅+⋅, ⋅mг mМе P ⋅ (σ г + σ Ме ) 23 π где σ - сечение столкновения молекул пара металла; m - масса молекулы; Pдавление газа.В результате расчёта получены данные изменения концентрации газа подлине соединительных магистралей в зависимости от времени протеканияпроцесса (Рисунок 2).Ds =Рисунок 2.
Изменение давления P(t) разных сечениях в зависимости от временипроцесса при использовании коэффициента молекулярной диффузии:P(0, t),P(rL/4, t),P(rL/2, t),P(3rL/4, t),P(rL, t),где rL – длина трубопроводаСравнение полученных графических зависимостей для рассмотренныхпроцессов молекулярной диффузии и самодиффузии показало расхождение вграфиках изменения относительной плотности газа по длине трубы. Прииспользовании коэффициента молекулярной диффузии скорость протеканияпроцесса выше.
Полученное расхождение объясняется тем, что в моделимолекулярной диффузии рассматривается молекулярная среда, а самодиффузии– сплошная.Второй параграф второй главы посвящен созданию статистическихматематических моделей течения разреженного газа через потокметаллического пара. Дана краткая характеристика статистических методов иособенности их использования для моделирования течения газа в системе спотоком металлического пара.7Представлена математическая модель на основе метода пробной частицы,дана краткая характеристика метода, расчетная схема (Рисунок 3), основныедопущения и алгоритм расчета.
В среде Matlab 7.9.0 составлена программа дляпроведения численного эксперимента, по результатам которого определеныкоэффициенты проводимости, обратного рассеяния, поглощения частицповерхностью трубы и поглощения газа парами металла, а также построеназависимость изменения плотности потока падающих и поглощенных частиц подлине трубы и зависимость проводимости системы от потока пара.Рисунок 3. Расчетная схемаОсновные допущения:1. Распределение молекул по скоростям теплового движениясоответствует закону Максвелла;2. При взаимодействии молекул газа со стенкой коэффициентаккомодации равен единице;3.
Соударение молекулы газа с молекулой пара рассматривается какупругий удар жестких сфер;4. Учитываются только бинарные столкновения;5. Влияние потенциальных полей не учитываются;6. Распределение скорости потока пара металла в сечении представляетпараболический профиль (течение Пуазейля) с поправкой на скоростьскольжения;7. Влиянием газа на пар кадмия можно пренебречь, так как в трубедвижется в основном поток пара кадмия (концентрация пара металласущественно превышает концентрацию газовых компонентов);8.
Для учета сорбирующих свойств пара металла и поверхности трубывводятся коэффициенты сорбции.Процедура вычисления конкретных молекулярных характеристикописана для вычисления коэффициента проводимости (вероятности переходамолекул через вакуумную систему) P = N1 / N , где N1 − число молекул,попавших в выходное сечение, N − общее число рассматриваемых молекул.8В соответствии с законом распределения молекул на входе в систему,используя датчик случайных чисел, выбираются координаты старта итраектории молекул, влетающих в систему.Далее осуществляется выбор поверхности, на которую попала молекулагаза и вычисляются координаты точки столкновения с поверхностью иликоординаты столкновения молекулы с частицей металлического пара.Плотность вероятности столкновения частицы разреженного газа счастицей металлического пара равнаrстp (rст ) =eλλ,где λ - средняя длина свободного пробега.Расстояние rст , пролетев которое молекула газа столкнется с частицейпара rст =−λ ⋅ ln(1 − ξ ) , где ξ - случайное число, равномерно распределенное научастке [0, 1], генерируемое ДСЧ.Если расстояние пройденное молекулой газа меньше rст , то столкновениене произойдет, если больше – молекула газа столкнется с частицейметаллического пара, пройдя расстояние rст .Поглощающие свойства поверхности трубы учитываются с помощьюкоэффициента захвата β>0, задаваемого как исходные данные.
С помощьюДСЧ генерируется случайное число µ . Если в точке столкновения споверхностьюµ ≤ β молекула считается захваченной, а при µ > β отраженной. Аналогичным образом, с помощью коэффициента K захвата газаметаллическим паром учитываются сорбирующие свойства металлическогопара: µ ≤ K − захват, µ > K − отражение.Влияние коэффициента K захвата газа металлическим паром напроводимость вакуумной системы показано на Рисунке 4.Данная модель позволяет учесть процессы сорбции газа металлическимпаром и поверхностью канала, а также направление движение потокаметаллического пара.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
