螺旋槽式牵引泵过渡流态抽气特性的直接蒙特卡洛模拟(2)

2.2、R1对泵抽气特性的影响

　　采用表2 的计算参数,净正向传输几率随着抽气通道出口半径R₁变化的规律如图5所示。由图中可见,净正向传输几率随R₁先增后减,有一最大值。当R₁值较小时,R₁增加,有利于限制分子沿抽气通道的返回流动,净正向传输几率增大,从而提高抽速和压缩比。R₁过大时,抽气通道出口面积过小,气体分子的排出量减少,影响到净正向传输几率。

表2 　计算参数

图5 　R₁—净正向传输几率关系曲线

2.3、Z对泵抽气特性的影响

　　采用表3的计算参数,净正向传输几率随着泵体高度Z变化的规律如图6所示。由图可见,泵体高度增大,净正向传输几率出现波动。当抽气通道长度较短时,气体返流量较大,净正向传输几率较小;泵体高度增加,抽气通道变长,气体返流减弱,净正向传输几率增大;抽气通道长度进一步增加时,长的抽气通道以及小的出口截面会妨碍气体分子的排出,净正向传输几率反而有所降低。总的看,净正向传输几率变化不大,但长的抽气通道有利于泵压缩比的提高。

表3 　计算参数

图6 　Z—净正向传输几率关系曲线

2.4、α对泵抽气特性的影响

　　采用表4的计算参数,净正向传输几率随着螺旋升角α变化的规律如图7所示,净正向传输几率增大,达到最大值后有所下降。当螺旋升角小时,管道的长度加长,抽气通道截面积减小,不利于气体分子的正向传输;螺旋升角适当增加,抽气通道截面积变大,长度变短,有利于分子排出,传输几率相应增加;螺旋升角较大时,抽气通道变短,截面积变大,返流随之增大,而且气体分子由管道内壁获得的沿抽气通道方向的传递动量减小,使得净正向传输几率降低。

表4 　计算参数

图7 　α—净正向传输几率关系曲线

2.5、N对泵抽气特性的影响

　　采用表5的计算参数,净正向传输几率随着螺旋槽数N变化的规律如图8所示。由图中可见,螺旋槽数对净正向传输几率影响不大。螺旋槽数较少时,管道的出入口截面较大,可以获得较大的抽速。但抽气通道过小,运动表面对气体分子的动量传递受到削弱,对泵的抽速和压缩比均有不利影响。

表5 　计算参数

图8 　N—净正向传输几率关系曲线

3、结论

　　(1) 直接模拟Monte Carlo方法可以较好地模拟三维抽气通道内过滤流态的流动特性,用以分析和优化牵引分子泵的抽气性能;

　　(2) 增大抽气通道入口尺寸可以提高泵的抽速,适当的出口尺寸可以减少气体沿抽气通通的返向流动,保证泵的抽气和压缩比;

　　(3) 恰当选择螺旋升角可以提高泵的抽速,同时保证较高的压缩比;

　　(4) 牵引泵转子高度对泵抽速影响不大,增加转子高度可以提高泵的压缩比。