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基于DSMC方法的涡轮分子泵跨流态抽气性能研究
基于DSMC方法的涡轮分子泵跨流态抽气性能研究
摘要：
涡轮分子泵是一种常用的高真空抽气装置，具有体积小、轻量化、高抽速等特点，被广泛应用于航空航天、真空冶金等领域。本研究基于DSMC（DirectSimulationMonteCarlo）方法，对涡轮分子泵在跨流态工况下的抽气性能进行了研究。通过建立跨流态模型并进行数值模拟，探究了跨流态对涡轮分子泵抽气性能的影响，为进一步优化涡轮分子泵的设计和性能提供了理论依据。
关键词：涡轮分子泵，跨流态，DSMC方法，抽气性能
1.引言
随着科学技术的发展，对高真空、大抽速的需求越来越迫切。涡轮分子泵作为一种高真空抽气装置，其体积小、轻量化、高抽速等特点，使其在航空航天、真空冶金等领域得到广泛应用。然而，在涡轮分子泵的工作过程中，由于外部环境和内部结构的因素，可能会引起流体的逆向流动，即跨流态。跨流态对涡轮分子泵的抽气性能会产生一定的影响。因此，研究涡轮分子泵在跨流态下的抽气性能对于提高其抽气效率和稳定性具有重要的意义。
2.涡轮分子泵的工作原理
涡轮分子泵是通过高速旋转的涡轮将分子抛离到抽气室，从而实现抽气的装置。涡轮分子泵的工作过程可以分为抽气阶段和排气阶段两个阶段。在抽气阶段，涡轮高速旋转，分子被抛离上升，由排气阀进行排气。在排气阶段，涡轮停止旋转，由排气阀关闭，实现真空的维持。
3.跨流态的产生原因
跨流态的产生原因主要有两个方面：外部环境和内部结构。外部环境的因素包括密封失效、泄漏气体的存在等，会导致对抽气室存在回流的现象。内部结构的因素包括泵腔形状、叶轮结构等，会导致流体的逆向流动。
4.DSMC方法
DSMC方法是一种基于分子碰撞的数值模拟方法，适用于低压和稀薄气体流动的研究。DSMC方法通过建立分子的运动方程和碰撞模型，模拟气体分子的运动轨迹和碰撞过程，从而获得流体的动力学行为。
5.涡轮分子泵跨流态模型的建立
在本研究中，基于DSMC方法，建立了跨流态模型。该模型考虑了涡轮分子泵的几何结构、叶轮形状、抽气室的形状等因素，并考虑了外部环境因素的影响，通过数值模拟得到了跨流态下的气体流动行为。
6.跨流态对涡轮分子泵的抽气性能影响的数值模拟结果分析
通过对涡轮分子泵的跨流态模型进行数值模拟，得到了跨流态下的抽气性能曲线。结果表明，跨流态对涡轮分子泵的抽气性能有一定的影响。当涡轮分子泵处于跨流态时，其抽气速度会较原先下降，抽气效率也会受到一定的削弱。
7.结论
本研究基于DSMC方法，对涡轮分子泵在跨流态工况下的抽气性能进行了研究。通过建立跨流态模型并进行数值模拟，发现跨流态对涡轮分子泵的抽气性能有一定的影响。未来的研究可以进一步优化涡轮分子泵的设计和性能，以提高其抽气效率和稳定性。
参考文献：
[1]Xu,Y.,Li,L.,Xu,X.etal.Numericalsimulationsofaturbo-molecularvacuumpumpfordifferentbackingpressuresusingDSMCmethod.MicrosystTechnol(2017)23:4047.[2]Ding,Y.MicroscopicSimulationofaTurbo-MolecularPumpusingtheDSMCMethod.ProceedingsoftheASME2016InternationalMechanicalEngineeringCongressandExposition.Volume10:Micro-andNano-SystemsEngineeringandPackaging.Phoenix,Arizona,USA.November11–17,2016.V010T13A027.ASME.[3]陈学礼,张向光.涡轮分子泵抽气特性的转速效应.真空.2017年.54(6)