Автореферат (1025801), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

Разработанныеконструктивные схемы МВВН.Личный вклад соискателяВсе исследования, представленные в диссертационной работе,проведены лично соискателем в процессе работы над материаламидиссертации. Материал, включенный в диссертацию из совместныхпубликаций, принадлежит непосредственно соискателю, заимствованныйматериал обозначен ссылками.Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, спискалитературы, списка основных сокращений и обозначений Диссертационнаяработа изложена на 169 страницах, содержит 70 иллюстрации и 7 таблиц.Библиография включает 160 наименований.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВ разделе введения дана общая характеристика работы, обоснованаактуальность темы диссертации, определены цели и объект исследования,указаны научная новизна и практическая значимость работы.В первой главе представлена принципиальная схема молекулярновязкостного вакуумного насоса (Рисунок 1.).абРисунок 1. Молекулярно-вязкостный вакуумный насоса – молекулярно-вязкостный насос; б – проточная часть насоса;1 – корпус; 2 – вал; 3 – проточная часть насоса; 4 – всасывающий патрубок;5 – нагнетательный патрубокМолекулярно-вязкостный вакуумный насос состоит из корпуса 1, вкотором вращается вал 2.

На вал устанавливается ротор проточной частинасоса, а в корпус устанавливается статор проточной части насоса. Газпоступает в насос через всасывающий патрубок 4 и разделяется на двапотока, проходит через проточные части насоса 3 к форвакуумнымпатрубкам 5. Газ, поступая в форвакуумную зону насоса, откачивается4дополнительным форвакуумным насосом или выходит в атмосферу приработе МВВН без форвакуумного насоса. Проточная часть молекулярновязкостного вакуумного насоса образована винтовыми каналами на смежныхповерхностях рабочих элементов, т.е.

на роторе и статоре.Принцип действия проточной части молекулярно–вязкостноговакуумного насоса заключается в том, что молекулы газа, попадая в каналыротора и статора, получают дополнительное количество движенияотносительно каналов в направлении откачки. Дополнительное количестводвижения молекулы газа получают от вращающегося ротора приперемещении газа по каналам статора. За счет торможения молекул газа пристолкновении со статором, они получают дополнительное количестводвижения относительно каналов ротора. Приращение динамическогодавления в каналах ротора преобразуется в статическое давление внеподвижных каналах на статоре, происходит увеличение создаваемогодавления по всей длине канала. Воздействие каналов на газ приводит кдвижению газа по спирали.Так как молекулярно-вязкостный вакуумный насос является новымтипом вакуумных насосов и не производится ни в одной из стран мира,соответственно отсутствуют методы расчета данного типа вакуумного насосав разных диапазонах давлений.

В диссертации рассмотрены существующиевакуумные насосы, которые могут являться аналогами молекулярно–вязкостного вакуумного насоса, сравнение их основных характеристик,достоинств и недостатков. Выявлено, что одним из аналогов МВВН являютсямолекулярные вакуумные насосы. В связи, с чем произведен анализсуществующих математических моделей и методов расчета откачныхпараметров молекулярных вакуумных насосов.

Анализ результатовтеоретических и экспериментальных исследований молекулярных вакуумныхнасосов показал, что простые и удобные для расчетов методы не всегдаотвечают современным требованиям по точности и универсальности ихприменения. Основные сложности при моделировании рабочих процессовтечения газа в каналах проточных частей возникают в молекулярновязкостной области течения газа, не смотря на то, что молекулярныепроточные части комбинированных турбомолекулярных насосов работаютименно в этой области.

Во всех рассмотренных работах указывается, что приисследовании течения газа в молекулярных вакуумных насосах основнымифакторами, определяющими точность математической модели, являютсяэффекты взаимодействия газа с поверхностями (скольжение газа,аккомодация, внешнее трение), которые в основном определяются изфизического эксперимента.Результаты теоретического исследования процесса откачки МВВНпоказали, что использование вычислительных комплексов CFD дляопределения основных откачных параметров МВВН возможно только длявязкостного режима течения газа. В молекулярно-вязкостном режиметечения газа необходимо учитывать переменный характер скоростискольжения по длине проточной части в зависимости от изменения давления5по длине канала, а также снижение концентрации молекул газа в проточнойчасти насоса и преобладание взаимодействия молекул газа с поверхностью.При использовании данного метода определения основных параметровМВВН в пределах допустимой точности с экспериментальными откачнымипараметрами МВВН для каждого численного эксперимента появляетсянеобходимость подбора граничных условий.По итогам произведенного литературного обзора и его анализасформулирована цель диссертации, обоснована её актуальность и значимостьдля развития вакуумной науки и техники, поставлены задачи исследования,научная новизна и защищаемые научные положения.Вторая глава посвящена разработке математической модели процессаоткачки газа молекулярно-вязкостным вакуумным насосом на основе новогометода расчета откачных параметров МВВН в молекулярно-вязкостномрежиме течения газа.

Разработанные математическая модель процессаоткачки и метод определения откачных параметров насоса позволиливыявить параметры, влияющие на откачную характеристику насоса, свозможностью дальнейшего повышения эффективности действия насоса вцелом. Принимая во внимание принцип относительности движения и полнуюсимметрию каналов ротора и статора, рассмотрено перемещение газа в двухотдельных проточных частях насоса, разделенных фиктивной поверхностью(Рисунок 2.), имеющей свойства ротора для каналов статора и свойствастатора для каналов ротора.Рисунок 2. Расчетная схема молекулярно–вязкостной проточной части1 – ротор; 2 – статор; 3 – фиктивная поверхностьВ связи с тем, что лопатки, как на роторе, так и на статоре находятся намалом расстоянии друг от друга, фиктивная поверхность представляет собойперфорированную поверхность.Поэтому предполагается эффект прилипания газа на ней, т.е.

скоростьгаза на фиктивной поверхности определяется скоростью подвижнойповерхности. С учетом симметричности систем каналов ротор – фиктивнаяповерхность и фиктивная поверхность – статор, принципа относительности6движения, рассматривается лишь одна из систем каналов в предположении,что вторая система имеет аналогичные параметры. Такое разделениепроточной части на составляющие учитывает существующие математическиемодели течения газа между параллельными поверхностями бесконечнойдлины.Допущения математической моделиПри создании математической модели процесса откачки газа впроточной части молекулярно–вязкостного вакуумного насоса длямолекулярно-вязкостного режима течения газа приняты следующиедопущения: газ – идеальный; течениегаза–установившееся,одномерное,ламинарное,изотермическое; плотность газа по сечению канала остается постоянной; не учитывается влияние входа и выхода каналов проточной части насосана течение газа; на рабочих поверхностях статора и ротора предполагается скольжениегаза вдоль поверхности; на фиктивной поверхности газ движется со скоростью ротора поотношению к каналам статора и неподвижен относительно каналов ротора.Границы молекулярно-вязкостного режима течения газа определенычислом Кнудсена в диапазоне 10–2 < Kn < 0,33.

При определениипроводимости круглого трубопровода режим течения газа эффектскольжения уже наблюдается при числе Кнудсена Kn > 10-3. Поэтомуграницы области применения математической модели процесса откачкиМВВН расширены и определены числом Кнудсена в диапазоне 10–3 < Kn <0,33.На Рисунке 3. представлен годограф скоростей в системе каналов статор– фиктивная поверхность в рабочем режиме, т.е. при наличии потока газа,проходящего через канал со стороны всасывания на сторону нагнетания.В пространстве канала скорости газа v(y) и v(z) определяются из условияравновесия сил, действующих на элементарный объем газаdv( z )z dpz 2 dp C , v( z )   C1 z  C2dz dx 12 dxdv( y)y dpy 2 dp C , v( y )   C1 y  C2 ,dy dx 12 dxгде С1, С2 – константы интегрирования.Константы интегрирования определяются из граничных условий:– скорость газа на фиктивной поверхности (при z = 0) определенауравнениямиv( z ) z 0   1ux , v( y) z 0   1ux .7– скорость газа на рабочих поверхностях канала определяется скоростьюскольжения на поверхности (на стенке канала при y = b(z)/2)dv( y)dv( z )v( y)  vs ( y)   2, v( z )  vs ( z )   2dydzРисунок 3.

Годограф скоростей газа в канале МВВН1 – фиктивная поверхность; 2 – статорС учетом допущений и граничных условий построены профилискоростей газа v(y) в зависимости от ширины канала (Рисунок 4.) и v(z) взависимости высоты канала (Рисунок 5.) (ψ = 0,5, u = 180 м/с).Рисунок 4. Зависимость изменения скорости v(y) в сечении канала1 – hi = 0,25h; 2 – hi = 0,5h; 3 – hi = 0,75h; 4 – hi = hРисунок 5. Зависимость изменения скорости v(z) в сечении канала1 – hi = 0,25h; 2 – hi = 0,5h; 3 – hi = 0,75h; 4 – hi = h8С учетом допущений и граничных условий определена скорость газа вканале z  0  v  y, z    u ,1 x b  z  dpy 2 dp  b  z  b( z ) , 0   v  y, z   2 0  z  hi , y   4 dx  44dx 2 22 h dp hi dp  1z z dp  1u x  2 i  u , 4 dx 2  2  hi   dx 2 dx  2 1 xv y  v z b  z  dpy 2 dp  b  z  b( z ) v  y, z   0  z  hi , y  0, v  y, z   2 22 4 dx  4 4 dx 2 2 hi dp hi 2 dp  1z z dp u 1 x  u , 4 dx 2  2  hi   dx 2 dx  2 1 x z  h , y   b( z )  v y, z  v y , z   2b  z  dp   2 z dp   s i24 dx 2 dx 2 hi dp hi 2 dp 2u 1 x. dx 2 dx  2  2  hi  Полученные данные изменения скорости газа в сечении каналапозволяют определить изменение скорости газа в проточной части насоса(Рисунок 6.) по осям z и y в любом сечении канала с учетом взаимодействиягаза с поверхностями проточной части.Рисунок 6.

Характеристики

Список файлов диссертации