干式真空泵作為核心裝備廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、太陽(yáng)能電池制造、化工、制藥等重要行業(yè), 其研發(fā)和生產(chǎn)越來(lái)越受到重視。干式真空泵有多種結(jié)構(gòu)形式,其中主要有多級(jí)羅茨式、多級(jí)爪式、組合式(羅茨+爪型)和螺桿式等,抽氣過(guò)程中氣體的溫度和壓力存在復(fù)雜的變化。目前, 除制造裝配要求精度高、加工難度大等制約因素外,設(shè)計(jì)理論也亟待提高,如轉(zhuǎn)子熱變形及對(duì)間隙的影響、空氣動(dòng)力性噪聲的產(chǎn)生與控制、顆粒物的抽除及在腔內(nèi)的運(yùn)動(dòng)等問(wèn)題都值得深入分析, 因此,對(duì)泵腔的流場(chǎng)進(jìn)行研究具有重要意義。
近年來(lái),計(jì)算流體力學(xué)(CFD ,Computational FluidDynamics)發(fā)展迅速并被應(yīng)用于流體機(jī)械內(nèi)部流場(chǎng)的研究。在真空技術(shù)領(lǐng)域也不斷有 CFD 的應(yīng)用成果被報(bào)道, Boulon 和 Cheng 等研究了復(fù)合分子泵Holweck 排氣級(jí)和渦輪增壓泵內(nèi)的流動(dòng)模擬問(wèn)題;Wang 等對(duì)不同運(yùn)轉(zhuǎn)條件下蒸汽噴射泵的性能進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。本文以多級(jí)干式真空泵的羅茨型吸氣級(jí)泵腔為研究對(duì)象, 基于CFD 通用軟件AN-SYS -CFX 并采用動(dòng)網(wǎng)格方法對(duì)泵內(nèi)的瞬態(tài)流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算, 討論了CFD 方法的適用性, 分析了氣體的流動(dòng)現(xiàn)象和流場(chǎng)分布, 為進(jìn)一步研究干式真空泵內(nèi)的物理過(guò)程和理論問(wèn)題進(jìn)行了有益的嘗試.
通過(guò)學(xué)者的研究得出以下結(jié)論(1)應(yīng)用動(dòng)網(wǎng)格方法建立了干式真空泵羅茨吸氣級(jí)內(nèi)流動(dòng)的瞬態(tài)模擬模型, 針對(duì)泵腔間隙接近0.1 mm 的實(shí)際機(jī)型, 在入口壓力為 100 和 1000 Pa時(shí),與抽速曲線對(duì)比 CFD 數(shù)值結(jié)果的誤差分別為34.2 %和11.5 %。
(2)CFD 方法難以適用于入口壓力較低及極限真空時(shí)干式真空泵內(nèi)的流動(dòng)分析, 但在入口壓力較高時(shí)具有較好的數(shù)值精度, 具體應(yīng)用中可依據(jù)工程實(shí)際允許的精度要求確定適當(dāng)?shù)娜肟趬毫Ψ秶?/p>
(3)模擬計(jì)算了真空泵的性能并對(duì)其內(nèi)部的流動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行了分析, 指出羅茨型泵腔內(nèi)存在位置、大小和強(qiáng)度不斷變化的旋渦流動(dòng),并給出了泵腔內(nèi)溫度分布的變化。本文的研究結(jié)果有待結(jié)合工程實(shí)踐進(jìn)一步檢驗(yàn)和完善,其對(duì)干式真空泵設(shè)計(jì)和理論研究的幫助作用是可以預(yù)見(jiàn)的。
