离心机端部盘型分子泵气体流动模型的建立与研究

摘要

在离心机转筒上端加装特殊结构的盘型分子泵可以改善离心机套筒真空,降低离心机的摩擦功耗.文中根据离心机的特殊结构,设计出了水平方向开有螺旋槽的定子与离心机转筒上端部平面构成的盘型分子泵模型,并针对该模型进行数值模拟.离心机转子正常工作时,转子与套筒间的真空度为1～0.1Pa量级,空间气体处于分子流状态.气体分子与转筒上端部平面碰撞后,获得较高的切向速度,当定子的几何结构和尺寸合适时,气体分子经过与壁面的一系列碰撞,飞向出口的概率超过飞向入口的概率,形成宏观的气体流动,实现抽真空的效果.本文以盘型分子泵的一个气体流道为研究对象,建立了盘型分子泵的二维数学模型,使用Matlab软件进行编程模拟.文中使用分子动力学方法(MD)对气体分子在分子泵流道内的位置、速度等信息进行数值模拟,追踪气体分子的运动状态,并根据大量分子的运动信息进行统计,计算飞向出口和飞向入口的概率,得到气体在盘型分子泵的流道出口、入口处的压缩比.本文分析了分子泵气体流道的几何尺寸对抽气性能的影响,重点研究分子泵气体流道壁面曲线为阿基米德螺线型形线和圆弧型形线时的抽气效果,模拟计算不同几何参数下的抽气性能,总结出提高离心机端部盘型分子泵抽气压缩比的设计准则.