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径向涡轮分子泵叶片结构优化及仿真分析 被引量:1
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作者 谢元华 佟英博 +6 位作者 谢天意 王桂鹏 窦仁超 孟冬辉 刘坤 孙立臣 闫荣鑫 《真空科学与技术学报》 北大核心 2025年第1期36-42,共7页
涡轮分子泵广泛应用于大科学装置、核物理工业、半导体及薄膜工业。径向涡轮分子泵转子叶列结构简单,叶列排气端呈圆弧形外扩排布,有利于叶片间气体粒子正向传输,提升了抽气效率。文章以径向结构涡轮分子泵为研究对象,基于稀薄气体传输... 涡轮分子泵广泛应用于大科学装置、核物理工业、半导体及薄膜工业。径向涡轮分子泵转子叶列结构简单,叶列排气端呈圆弧形外扩排布,有利于叶片间气体粒子正向传输,提升了抽气效率。文章以径向结构涡轮分子泵为研究对象,基于稀薄气体传输理论,采用数学粒子追踪方法,对9种不同形状的叶片结构进行对比分析,使用COMSOL软件模拟不同叶片结构下叶列间气体粒子的正、反向传输几率,探究叶片形状对气体粒子正、反向传输几率和压缩比的影响。结果表明,涡轮分子泵转子叶片一侧为弧形凸面结构,另一侧为平面结构时,分子泵的压缩比提升1个数量级,分子泵性能显著提升。研究对涡轮分子泵的设计与优化具有一定的参考价值和指导意义。 展开更多
关键词 涡轮分子泵 径向 叶片形状 传输几率 压缩比
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高转速背景下涡轮分子泵的发展机遇与挑战 被引量:1
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作者 孙坤 邓海顺 +3 位作者 胡鑫 王成 汪森辉 张世伟 《真空科学与技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期657-667,共11页
传统直叶片结构的涡轮分子泵在高转速的背景下面临着新的发展机遇与挑战,为了突破当前遇到的“涡轮分子泵的抽气速率随着涡轮转速增加到一定程度以后就不再增加,仿佛进入了一个饱和状态”的瓶颈问题,文章从分子气体动力学基本原理出发,... 传统直叶片结构的涡轮分子泵在高转速的背景下面临着新的发展机遇与挑战,为了突破当前遇到的“涡轮分子泵的抽气速率随着涡轮转速增加到一定程度以后就不再增加,仿佛进入了一个饱和状态”的瓶颈问题,文章从分子气体动力学基本原理出发,采用蒙特卡洛方法,分析了涡轮转速提高以后给涡轮分子泵的抽气机制带来的新变化,发现了传统直叶片结构的抽气叶列和抽气模式与目前达到的高转速不匹配限制了抽速的提升,但高转速背景下又为其抽气性能的提升提供了可能。理论分析和研究发现在涡轮叶列中设置随叶片半径变化的扭转叶片是突破瓶颈的途径,论述了设置扭转叶片的根本原因,提出了高转速小角度的设计理念和新型扭转叶片的几何建模的方法,以期实现最佳叶列结构的设计与求解,为研制高转速下高性能、高适应性涡轮分子泵提供理论依据与技术支撑,也为将来涡轮分子泵的结构优化设计提供了一个方向。 展开更多
关键词 涡轮分子泵 扭转叶片 高转速 抽气机制 发展趋势
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基于DSMC方法的涡轮分子泵跨流态抽气性能研究 被引量:2
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作者 李博 马兆俊 +1 位作者 王晓冬 巴德纯 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期1623-1627,1632,共6页
基于直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法,可以计算获得涡轮分子泵叶列在不同稀薄气体流态下的抽气性能.通过改变涡轮叶列旋转速度、气体入口结构尺寸及被抽气体温度等参数,能够得到涡轮分子泵最大抽气效率和最大压缩比的变化情况.比较各参数在... 基于直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法,可以计算获得涡轮分子泵叶列在不同稀薄气体流态下的抽气性能.通过改变涡轮叶列旋转速度、气体入口结构尺寸及被抽气体温度等参数,能够得到涡轮分子泵最大抽气效率和最大压缩比的变化情况.比较各参数在不同流态下对抽气性能的影响程度,并计算不同流态下涡轮叶列返流的变化.计算得出增大叶片速度在分子流态下对涡轮分子泵性能的提升最为明显,缩小气体入口面积可以提升涡轮分子泵压缩比等结论.从而为提升涡轮分子泵抽气性能提供了手段,拓展了涡轮分子泵的工作范围. 展开更多
关键词 涡轮分子泵 DSMC方法 跨流态 抽气效率 压缩比
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吸气式电推进中的气体捕集系统的设计分析 被引量:1
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作者 杨超 胡远 +1 位作者 孙泉华 黄河激 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期232-240,共9页
针对吸气式电推进系统中的气体捕集系统,提出了一种能够准确计算气体捕集率的理论模型,并以此为基础开展了气体捕集系统的优化设计。首先,通过分析几类代表性气体捕集系统的捕集特点,提取了影响气体捕集率的关键参数。然后,通过分析进... 针对吸气式电推进系统中的气体捕集系统,提出了一种能够准确计算气体捕集率的理论模型,并以此为基础开展了气体捕集系统的优化设计。首先,通过分析几类代表性气体捕集系统的捕集特点,提取了影响气体捕集率的关键参数。然后,通过分析进气道内气体分子的微观行为,推导得到了气体捕集率的理论公式,获得了无量纲管长、末端净透射率等关键参数对气体捕集率的影响规律。最后,利用理论模型,对实际飞行条件下的气体捕集系统开展了优化设计。结果表明,当末端净透射率给定时气体捕集率随无量纲管长先增后减,且最大捕集率与末端净透射率正相关。通过使用涡轮分子泵提升末端净透射率并对无量纲管长进行优化,实际飞行条件下的气体捕集率可以达到50%以上。 展开更多
关键词 吸气式电推进 气体捕集 自由分子流 涡轮分子泵
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混合分段算法计算涡轮分子泵的压缩比 被引量:4
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作者 孙浩 孙浩林 +2 位作者 李博 马兆俊 王晓冬 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期663-666,共4页
为了进一步完善分子泵在整个流态区域内抽气性能的计算,本文分别对主要用于描述连续流体运动问题的连续流态方程法和主要用于描述分子流态问题的特征系数法进行了评价,两种方法在计算涡轮分子泵压缩比时有各自的适用范围。为了提高涡轮... 为了进一步完善分子泵在整个流态区域内抽气性能的计算,本文分别对主要用于描述连续流体运动问题的连续流态方程法和主要用于描述分子流态问题的特征系数法进行了评价,两种方法在计算涡轮分子泵压缩比时有各自的适用范围。为了提高涡轮分子泵在过渡流态下压缩比的计算精度,本文在比较两种方法的计算精度和适用范围的基础上提出了混合分段算法。通过与实验值的对比,发现通过混合分段算法得到的最大压缩比与实验值的最大误差为10.5%,相对于连续流态方程法和特征系数法分别减小了34.0%和44.7%,证实了混合分段算法的适用性。该方法可以分析整个流态区域内涡轮分子泵的抽气性能,为分子泵压缩比的全流域计算提供参考。 展开更多
关键词 涡轮分子泵 抽气特性 连续流态方程法 特征系数法 混合分段算法
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涡轮分子泵曲面叶片抽气特性研究 被引量:3
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作者 匡永麟 王晓冬 +2 位作者 张国玉 张鹏飞 杜志华 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期731-736,共6页
涡轮分子泵广泛应用于半导体与薄膜工业、核物理及表面科学等领域,是获得超高真空环境的核心机械设备。本文从一体成型的涡轮转子的可加工性出发,提出了一种涡轮叶片的结构改进方案,并分别使用二维模型和三维模型对改进前后的结构进行... 涡轮分子泵广泛应用于半导体与薄膜工业、核物理及表面科学等领域,是获得超高真空环境的核心机械设备。本文从一体成型的涡轮转子的可加工性出发,提出了一种涡轮叶片的结构改进方案,并分别使用二维模型和三维模型对改进前后的结构进行性能评估:在相同几何结构下,二维模型计算单级涡轮叶列的何氏系数略高于三维模型,压缩比略低于三维模型。同时,改进模型在解决涡轮叶片叶根可加工性的同时,其最大何氏系数和最大压缩比均有一定程度的提升。 展开更多
关键词 涡轮分子泵 曲面叶片 抽气性能 结构设计 数值计算
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基于神经网络的涡轮分子泵性能预测 被引量:1
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作者 匡永麟 王晓冬 +3 位作者 宁久鑫 孙坤 蔡永航 杜志华 《真空科学与技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期811-818,共8页
涡轮分子泵作为维持洁净高真空环境的关键设备,广泛应用于半导体制造、空间模拟等诸多领域。然而,准确高效预测涡轮分子泵性能一直是亟待解决的难题,现有方法往往因模型缺乏通用性和计算效率不足而难以令人满意。文章聚焦于开发一种基... 涡轮分子泵作为维持洁净高真空环境的关键设备,广泛应用于半导体制造、空间模拟等诸多领域。然而,准确高效预测涡轮分子泵性能一直是亟待解决的难题,现有方法往往因模型缺乏通用性和计算效率不足而难以令人满意。文章聚焦于开发一种基于神经网络模型的涡轮分子泵抽气性能预测方法,旨在攻克上述挑战。提出了一种神经网络模型,该模型能够有效学习和模拟涡轮分子泵的复杂动态行为。模型训练数据涵盖数值模拟结果和实验测试数据,使其具备良好的泛化能力和预测精度。通过数值模拟和实验测试的双重验证,证明了神经网络模型能够准确预测涡轮分子泵抽气性能,并且根据实验测试结果综合分析了影响其抽气能力的诸多因素。结果表明,该模型可作为在分子流态下涡轮分子泵结构设计和性能评估的工具,能助力优化涡轮分子泵设计,进而提升其抽气效率和适用性。 展开更多
关键词 涡轮分子泵 神经网络 数值计算 性能预测
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