无油涡旋真空泵内部流场的计算机模拟与仿真

论文摘要

无油涡旋真空泵是一种容积式无油真空泵,具有结构简单、振动噪音小、可靠性高、抽气特性好等优越性能,由于这个原因,国内外许多电子工业部门广泛地采用这种真空泵。为了满足我国开发研究生产这种泵的需要,本文对无油涡旋真空泵的封闭压缩腔压力场和排气速度场进行了比较深入的研究与探讨。无油涡旋真空泵应用于对工作环境的清洁程度要求很高的场所,封闭压缩腔内的压力分布变化、抽气速度分布变化是深入了解无油涡旋真空泵工作原理、提高其工作效率和可靠性的主要因素。本研究课题就是通过数学建模对无油涡旋真空泵流量场进行动力学分析,并利用有限元分析软件ANSYS进行分析和模拟仿真,获得无油涡旋真空泵流量场的压力分布、流速分布等重要信息。在本课题的具体研究中,作者综合应用流体力学及流体动力学的有关理论,得出了无油涡旋真空泵封闭压缩腔内流场的数学加权线性公式；同时运用C++语言编程进行数值运算,模拟出压缩过程中封闭压缩腔内压力变化曲线,并在UGS NX4.0中建立了封闭压缩腔的三维实体模型；另以排气速度场为研究对象,得出排气速度场分布图和中心轨迹速度分布曲线。通过分析结果,验证了压力场变化规律和速度场分布规律假设,为进一步优化设计提供了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 无油涡旋真空泵的特点及应用
• 1.2 课题研究背景
• 1.3 本文研究的意义、内容和方法
• 1.3.1 本文研究的意义
• 1.3.2 本文研究的内容
• 1.3.3 本文研究的方法
• 第2章 无油涡旋真空泵的结构及功能特点
• 2.1 无油涡旋真空泵的结构特点
• 2.1.1 无油涡旋真空泵的工作原理及分类
• 2.1.2 理论型线及其基本参数
• 2.1.3 内压缩和外压缩
• 2.2 无油涡旋真空泵的主要性能参数
• 2.2.1 间隙
• 2.2.2 抽气速率
• 2.2.3 极限压力
• 2.2.4 电机功率
• 第3章 封闭压缩腔流场的数学模型
• 3.1 计算流体力学的基本原理
• 3.1.1 封闭压缩腔内气流流动状态的判别
• 3.1.2 湍流的数值模拟方法
• 3.1.3 分子流的蒙特罗卡模拟方法（DSMC）
• 3.2 流场数学模型的介绍
• 3.3 密封部分的气流质量泄漏率模型
• 3.3.1 密封部位的径向质量泄漏速率
• 3.3.2 密封部分的轴向质量泄漏速率
• 3.4 压缩腔内的气体压力分布模型
• 3.4.1 压缩腔内的气体压力变化规律
• 3.4.2 压缩腔内的压力分布计算方法
• 3.4.3 压缩腔内气体压力变化的数值计算
• 第4章 封闭压缩腔实体模型和腔内压力分布
• 4.1 封闭压缩腔流场三维模型的建立
• 4.1.1 物理模型的简化
• 4.1.2 涡旋机构在CAD软件中的模拟
• 4.1.3 UG中动、定涡旋盘和对称封闭压缩腔三维模型的实现
• 4.2 容积变化规律及压力分布规律
• 4.2.1 基本几何关系和容积变化规律
• 4.2.2 封闭压缩腔内压力分布规律
• 第5章 排气速度场ANSYS模拟与研究
• 5.1 有限元法的基本理论
• 5.1.1 有限元法的提出和应用
• 5.1.2 有限元法的计算思路
• 5.1.3 有限元法的程序实现
• 5.1.4 ANSYS软件应用的技术优越性与局限性
• 5.2 流场分析的有限元法及流场边界条件
• 5.2.1 ANSYS流场分析的功能
• 5.2.2 ANSYS/FLOTRAN求解
• 5.2.3 流场分析的边界条件
• 5.3 排气速度场数值模拟及计算结果
• 5.3.1 模型的简化与划分网格
• 5.3.2 数值模拟的前处理
• 5.3.3 求解及后处理
• 第6章 结论
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作结论
• 参考文献
• 致谢