粘滞流态下螺旋槽牵引结构内气体流场的数值模拟

摘要

由于结构简单，可以获得较高的压缩比，螺旋槽牵引结构被广泛应用于复合分子泵压缩级和牵引级以及高真空直排大气干泵中。由其自身特点决定，螺旋槽牵引结构的抽气性能和它的几何形状息息相关，因此其结构优化一直是设计研究的重点。
　　 实际工作过程中，螺旋槽牵引结构内的空气流动经历从紊流到分子流的不同状态。不同流态下需用不同的方法研究螺旋槽牵引结构的抽气特性。本文使用商业CFD软件ANSYS CFX对粘滞流态下的螺旋槽牵引结构的抽气特性进行了数值模拟研究。
　　 通过对数值模拟结果的整理和分析，研究了在固定压缩比下螺旋槽牵引结构的抽气特性。研究结果表明:通道内的压力变化率在抽气通道出口处增大；从螺旋槽牵引结构的进口到出口，横截面平均压力呈指数分布，抽气通道各横截面平均压力与特征长度的乘积呈线性分布，各横截面平均压力与转子进口处的平均压力比呈指数分布；在靠近出口处有漩涡的产生并且漩涡随着压强的增大而增大。
　　 研究了螺旋槽牵引结构的几何特点对于其在粘滞流态下的抽气性能的影响。研究结果表明，在粘滞流态:螺旋槽牵引结构抽气速率随转子外径增大而增大，随进气口、出气口内径增大而降低，随转子高度、螺旋槽螺距增大先升后降，出现一个最大值；转子转速越高，抽气速率越高；当转子叶片数大于等于3时，随着叶片数的增大，螺旋槽牵引结构的抽气速率降低。

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声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 螺旋槽牵引结构研究现状

1．2．1 螺旋槽牵引结构几何结构

1．2．2 螺旋槽牵引结构抽气原理

1．2．3 螺旋槽牵引结构型线简介

1．2．4 螺旋槽牵引结构叶片型线简介

1．2．5 目前国内外对螺旋槽牵引结构的研究进展

1．3 本文所做的工作

第二章 气体流动状态的判定及计算流体力学简介

2．1 气体流动状态的判别

2．2 计算流体力学概述

2．2．1 流体力学基本方程

2．2．2 研究流体力学的几种基本方法

2．2．3 计算流体力学(CFD)概述

2．3 本章小结

第三章 螺旋槽牵引结构的CFX模拟适用性验证

3．1 CFX软件特点

3．2 CFX中的湍流模型及本文所用湍流模型的选定

3．3 壁面函数

3．4 CFX工作流程

3．5 螺旋槽牵引结构的CFX模拟适用性验证

3．5．1 螺旋槽牵引结构几何模型的建立

3．5．2 螺旋槽牵引结构网格的划分

3．5．3 边界条件的设定

3．5．4 求解器设定与求解

3．5．5 模拟结果及分析

3．5．6 结论

3．6 本章小结

第四章 模拟结果及分析

4．1 叶片型线对抽速的影响

4．2 几何参数对抽速的影响

4．2．1 转子半径R对抽速的影响

4．2．2 进气口转子内径R2对抽速的影响

4．2．3 出气口转子内径R1对抽速的影响

4．2．4 转子高度H对抽速的影响

4．2．5 转子螺距L对抽速的影响

4．3 转子叶片数N对抽速的影响

4．4 转速对抽速的影响

4．5 本章小结

第五章 结论及展望

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