Диссертация (1025788), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Такое описание не является универсальным и может бытьиспользовано только в некоторых частных случаях, а также не позволяет учестьразличныесущественныефакторы:возможностьпоглощениягазаметаллическим паром и поверхностью трубы, наличие градиента температуры всистеме, вектора скорости потока металлического пара. Также следует учесть,что такое описание применимо только для течений с небольшими скоростями.11Существуют различные подходы для решения задачи о течении газа вканалах в переходном режиме, но они дают значительную погрешность инуждаются в экспериментальной проверке. Основные подходы рассмотрены впервой главе.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 работыЦелью работы является создание математических моделей и методоврасчета пространственно-неоднородных течений разреженного газа в канале, вкотором движется поток металлического пара, в широком диапазоне давлений.А также в разработке математических моделей для реализации расчетаосновных параметров течения газа в канале при наличии возмущающихвоздействий. Еще одной важной целью данного исследования является созданиематематической модели, открытой для изменений и удобной для введенияновых факторов.Объект исследованияОбъектом исследования является течение газа в канале через потокметаллического пара в переходном режиме течения и процесс откачкиразличных газов из систем с металлическим паром.Научная 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.12Данная модель охватывает вязкостный и начало переходного режимом 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 должнаотображает его развитие во времени); возможность простого введения в модельразличных возмущающих воздействий. Данная модель охватывает весьдиапазон чисел Кнудсена: при Kn>0,01 погрешность не превышает 5%, приKn<0,01 возрастает до 10..20%.Практическая ценность работыОчевидно,чтовслучае,когдатехнологияопережаеттеорию,увеличиваются затраты при проектировании и эксплуатации, и следовательнопредлагаемое исследование может быть полезно при расчете и проектированииследующих систем:•Электрогенерирующие каналы (ЭГК) термоэмиссионного реактора-преобразователя.
Чтобы получить оптимальные величины работы выходаэмиттера и коллектора и компенсировать объёмный заряд электронов, взазор между эмиттером и коллектором вводят легко ионизируемые пары13цезия. При увеличении концентрации газообразных продуктов деления впаре цезия рабочие характеристики падают, вплоть до отказа системы.Для уменьшения концентрации этих газов необходимо обеспечитьдостаточную проводимость канала для удаления сопутствующих газовдополнительной системой откачки.
Следовательно, необходимо знатьпараметры течения газа в канале с металлическим паром.•Высокотемпературные теплообменники, в которых в качестветеплоносителяиспользуетсялегкоплавкиеметаллы.Повышениеконцентрации газа в теплоносителе в ряде случаев приводит кнарушению герметичности теплообменников из-за взаимодействия этихгазов с материалом.•Диффузионныелегкоплавкиесредстваметаллы.откачки,Например,вкоторыхпарортутныеиспользуютсянасосы,которыеприменяют для откачки систем, в которых пары ртути - рабочая среда(ртутные выпрямители, лампы), и в установках, где необходима высокаячистота рабочей среды (в масс-спектрометрах, сверхвысоковакуумныхсистемах термоядерных установок).Достоверность полученных результатовДля исследования течения газа в канале, в котором движется потокметаллического пара, были разработаны математическая модель на основеуравнения нестационарной диффузии и статистические математическиемодели: математическая модель на основе метода пробной частицы и методачастиц в ячейках (PIC-метода).
Каждая из моделей охватывает определенныйдиапазон чисел Кнудсена и имеет ряд преимуществ и ограничений прирешении широкого спектра задач.Проведено сравнение результатов численных экспериментов, полученныхпри моделировании течения разреженного газа в вакуумной системе спомощью этих математических моделей с экспериментальными данными,опубликованными в открытой литературе. Моделирование проведено для14частного случая вычисления проводимости цилиндрических трубопроводов вшироком диапазоне давлений со значениями, полученными Клаузингом [8], ина основании этого сделаны выводы о достоверности полученных результатов.Кроме того, комплекс разработанных математических моделей былиспользован при расчете рабочих процессов, что подтверждено актомвнедрения.
Результаты исследования подтверждены апробацией моделей ворганизацииОАО«Краснаязвезда»,гдеонибылиподтвержденыэкспериментальным исследование распределения давлениягазообразныхпродуктов во времени. Были определены координаты места нахождения ипараметры резкого повышения давления в вакуумной системе ТЭП, чтопозволило предотвратить возможной “взрыв” давления.Исследование сорбционных и десорбционных характеристик позволилоопределить распределение давления в вакуумной системе, где в качестветеплоизоляции были применены пористые материалы. В результате былопринято решение заменить пористую систему теплозащиты на экранную.Положения, 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.Содержание работыВовведенииданаобщаяхарактеристикаработы,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 основные15подходы 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 комплексаматематическиймоделейтеченияразреженногогазачерезпотокметаллического пара.Впервомпараграфевторойглавырассмотренадиффузионнаяматематическая модель процесса течения газа в канале с металлическим паром.Отмечены основные допущения, необходимые для создания математическоймодели, представлена расчетная схема, алгоритм реализации и результатымоделирования (изменение концентрации и давления газа по длине канала и взависимости от времени).Метод расчета основан на уравнения диффузии (2-го закона Фика), ипроцесс течения газа в канале с металлическим паром рассматривается какпроцесс газовой диффузии.
Изменение концентрации газа в являетсянестационарным процессом и описывается дифференциальным уравнением вчастных производных. Это уравнение не имеет аналитического решения ирешается численным методом Галеркина в среде Borland Delphi 7.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.В результате расчёта получены данные изменения концентрации газа подлине соединительных магистралей в зависимости от времени протеканияпроцесса.16Второй параграф второй главы посвящен созданию статистическихматематическихмоделейтеченияразреженногогазачерезпотокметаллического пара.
Дана краткая характеристика статистических методов иособенности их использования для моделирования течения газа в системе спотоком металлического пара.Представлена математическая модель на основе метода пробной частицы,дана краткая характеристика метода, расчетная схема, основные допущения иалгоритм расчета. В среде Matlab 7.9.0 составлена программа для проведениячисленного эксперимента, по результатам которого определены коэффициентыпроводимости, обратного рассеяния, захвата частиц поверхностью трубы исорбции газа парами металла, а такжепостроена зависимость измененияплотности потока падающих и поглощенных частиц по длине трубы изависимость проводимости системы от потока пара.Основные допущения:1.Распределениемолекулпоскоростямтепловогодвижениясоответствует 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.Распределениескоростипотокапараметаллавсечениипредставляет параболический профиль (течение Пуазейля) с поправкой наскорость скольжения;7.Влиянием газа на пар металла можно пренебречь, так как в трубедвижется в основном поток пара металла (концентрация пара металласущественно превышает концентрацию газовых компонентов);178.Для учета сорбирующие свойства пара металла и поверхноститрубы вводятся коэффициенты захвата.Данная модель позволяет участь учесть процессы сорбции газаметаллическим паром и поверхностью канала, а также направление движениепотока металлического пара.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
