连续流态下旋涡结构抽气特性研究

摘要

高真空直排大气干泵结构紧凑、干净无油、极限真空度高,是真空获得领域的研究热点。其中旋涡结构由于体积小、结构简单且可进行多级设计,常用于其低真空侧的排气。
　　旋涡结构抽气特性的优劣直接决定了高真空直排大气干泵的性能,是干泵设计的关键技术之一。为了深入研究结构参数、结构形式以及各种工况条件(包括转速、温度、入口流量、出口压强)等对旋涡结构抽气特性的影响,本文采用计算流体力学方法对连续流态下旋涡结构的抽气特性进行数值模拟,取得了以下研究成果:
　　1)用CFX软件滑移网格方法的模拟结果表明,气体在环形通道内沿螺旋线爬行,产生了明显的纵向旋涡,且监测点压强变化曲线与理论的变化曲线相吻合,说明该方法可以有效模拟连续流态下旋涡结构的内部流动;而采用CFX软件浸入实体方法的模拟发现气体在通道内没有产生旋涡,与实测结果不符,说明该方法结果不准确;
　　2)压缩比随转速的增大而增大;随温度、入口流量、出口压强的增大而减小。通过增大转速,设计冷却降低气体温度,可获得更好的抽气性能。旋涡结构多级串联,可以获得较高的极限真空,将气体抽到过渡流状态;
　　3)压缩比随间隙的减小而增大。在不同转速和不同压强时,本文旋涡结构在48-72个叶片范围内都有较好的抽气性能,最佳叶片数目都在60附近。圆形流道比矩形流道抽气性能更好;
　　4)比较了几种单级旋涡结构的抽气性能,发现EPX泵旋涡结构的抽气性能要优于Ontool泵旋涡结构。多级串联旋涡结构的压缩比不仅取决于每一级的压缩比,还取决于级间的间隙返流情况。在设计中对间隙进行合理预估,减小间隙的返流,可以提高多级旋涡结构的抽气性能。

目录

封面

声明

致谢

中文摘要

英文摘要

目录

插图清单

表格清单

第一章 绪论

1.1课题研究背景

1.2高真空直排大气干泵的工作原理

1.3国内外对旋涡结构的研究进展

1.4课题研究的意义及主要内容

第二章 计算流体力学及其适用性判定

2. 1计算流体力学

2.2气体流动状态判别

2.3 CFX软件对旋涡结构模拟的适用性

第三章 旋涡结构的数值模拟

3.1数值计算方法

3.2三维模型的创建

3.3网格的生成及无关性

3.4物理条件定义

3.5收敛性判定

第四章 数值模拟结果及分析

4.1 CFD-POST

4.2工况参数对旋涡结构抽气性能的影响

4.3结构参数对旋涡结构抽气性能的影响

4.4 EPX泵和Ontool泵旋涡结构的比较

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文