盘型分子泵过渡流态DSMC模拟研究

摘要

盘型分子泵是牵引分子泵中的一种，气体流向为径向，不同于轴流牵引分子泵。由于自身特点决定，其抽气腔的几何形状决定了泵的抽气性能，这样对于分子泵的设计来说，怎样能让气体在径向有效的流动，是盘型分子泵的研究重点。实际设计中提出过很多理论型线，也有很多的气体研究方法，本文主要研究的是其中的圆弧形型线的抽气腔，使用的研究方法是直接模拟蒙特卡罗方法(DSMC方法)。圆弧形型线在设计中应用的十分广泛，因为其型线简单，加工容易，从而成为现今牵引分子泵的主流之一。同时，盘型分子泵的结构紧凑，质量轻，在复合分子泵中，将其作为牵引级来说比圆柱螺旋槽盘型泵短，节约了空间，减少了泵体高度，使得泵的动平衡性能加强。直接模拟蒙特卡罗方法是一种先进的研究稀薄气体动力学的方法，在研究分子运动中采用了划分单元格的方法、抽样碰撞方法、运动与碰撞解耦方法、随机数方法，将分子的状态描述出来，统计和分析分子的运动、碰撞、反射、旋转、化学反应等过程，记录分子的位置、速度、温度、质量、分子数密度、自由度、动量、动能等微观参数，并能得出气体的宏观流动参数和流动特性，从而可以对分子进行运动学、动力学、热力学分析，分析得到稀薄气体的各种性质。本文利用直接模拟蒙特卡罗方法对盘型分子泵的抽气过程进行研究，在巴德纯教授的研究基础上继续研究盘型分子泵中分子温度、表面温度、表面反射类型、气体种类、碰撞模型等方面研究。研究得出分子温度对于抽气特性影响变化较大，出现了微小范围的波动；低的表面温度能提高泵的抽气性能；镜面反射与漫反射有一个最佳比例点，也就是意味着表面粗糙度有一个最佳值；气体分子质量越大，越容易被抽除，即泵对抽除大分子质量的气体效果好；可变硬球模型(VHS模型)和可变软球模型(VSS模型)在抽气性能的研究中得到的结论非常接近，两种方法均可应用于盘型分子泵的研究中来；在压缩比的研究中，分子量大的气体最大压缩比大，最大抽气系数也大，分子量小的气体则都比较小；利用随机数的一个特性就是具有一定的波动性，计算数据需要取统计平均值。

目录

文摘

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第一章绪论

第二章盘型分子泵简介

第三章直接模拟蒙特卡罗方法(DSMC)

第四章盘型分子泵抽气过程的DSMC模拟

第五章模拟结果分析

5.1几何参数对抽气系数的影响

5.2温度对抽气系数的影响

5.3其它因素的影响

5.4不同气体的压缩比与抽气系数

5.5抽速计算

5.6程序统计规律研究

5.7本章总结

第六章结束语及对未来工作展望

参考文献

致谢

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