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高真空干泵中旋涡级内部流动及转子体振动特性的研究

作　者: 陈瑶
导　师: 巴德纯；刘坤
学　校: 东北大学
专　业: 流体机械及工程
关键词: 高真空干泵 旋涡级 数值模拟 振动特性 CFD
分类号: TH314
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 35次
引　用: 1次
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内容摘要


近年来,随着真空技术的飞速发展及相关领域需求的提高,人们开始研制各种类型的能够代替高真空机组工作的高真空直排大气干泵,该泵可以且一部分已经应用于半导体工业、分析仪器、电子工业等各个领域。本文以一具体的高真空直排大气干泵的设计为例,介绍了该泵的结构组成、工作原理,并主要针对其中的旋涡级进行了内部流动特性的研究。另外,由于该泵工作转速较高且为卧式结构,故有必要对该泵的转动系统进行振动特性研究,并进行适当的结构尺寸调整。针对于结构设计部分,这里采用牵引抽气及旋涡抽气相结合的结构,传动部分采用直联内置电机的形式。对于这里的旋涡级抽气结构,由于关于其理论及设计方法的研究目前仍不成熟,因而有必要对旋涡级(或称旋涡泵)抽气结构做近一步的研究,用研究结果来指导实际的设计工作。这部分的主要工作包括：1.简要介绍了旋涡泵的工作原理及内部流动理论。2.利用Pro/ENGINEER软件对旋涡泵的流动区域进行三维造型,利用流体力学软件GAMBIT对旋涡泵内部流动区域进行结构网格划分3.采用RNG k-ε湍流模型,利用FLUENT软件对不同设计参数的内部三维湍流流场进行数值模型。研究了旋涡级抽气结构的内部流动规律,掌握了旋涡泵流动区域内压力场与速度场的分布情况。4.根据计算结果对旋涡级结构及尺寸进行了结构选型。对于该泵转动系统的振动特性分析,由于计算对象为一装配体,故这里采用模态综合法计算其各阶的固有频率。这部分包括对模态综合法的介绍及一般求解过程,对该系统进行的模态分析,根据计算结果校验其振动特性是否满足结构要求,并进行适当的修改。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-19
  1.1 课题研究背景  11-14
  1.2 国内外的研究现状  14-16
  1.3 本课题的研究内容、方法及意义  16-19
    1.3.1 研究目的及意义  16-17
    1.3.2 研究内容及方法  17-19
第二章 高真空干泵的工作原理及结构设计  19-25
  2.1 复合式干泵的基本结构  19-20
    2.1.1 基本结构  19
    2.1.2 抽气结构选取  19
    2.1.3 润滑系统  19-20
  2.2 各级结构及工作原理  20-25
    2.2.1 牵引级  20-21
    2.2.2 旋涡级  21-25
第三章 旋涡级的数学模型  25-33
  3.1 旋涡级泵腔内气体流动状态的判别  25
  3.2 数值模拟的基础理论  25-33
    3.2.1 基本控制方程  25-26
    3.2.2 湍流模型  26-29
    3.2.3 壁面函数法  29-33
第四章 旋涡级内部流场的数值计算  33-39
  4.1 引言  33
  4.2 FLUENT软件介绍  33-34
  4.3 用于数值分析的三维造型  34-35
  4.4 数值模拟的基本参数  35-36
    4.4.1 样品泵的技术参数  35-36
    4.4.2 基本参数的计算及取值  36
  4.5 计算过程  36-39
第五章 数值计算结果及分析  39-55
  5.1 旋涡泵的运行工况参数  39
  5.2 流道内纵向旋涡和径向旋涡的定义  39-40
  5.3 转子叶片数量对工作性能的影响  40-45
    5.3.1 叶片出口处速度分布  41-43
    5.3.2 总压分布  43-45
  5.4 叶片倾角对工作性能的影响  45-51
    5.4.1 各截面速度矢量分布图  45-47
    5.4.2 叶轮出口速度矢量分布  47-50
    5.4.3 流道内总压分布图  50-51
  5.5 流道截面形状对工作性能的影响  51-55
    5.5.1 背景介绍  51-52
    5.5.2 流道倒圆角后的计算结果  52-55
第六章 转子体振动特性的研究  55-71
  6.1 干式真空泵的临界转速  55-56
  6.2 关于轴系的ANSYS模态分析  56-60
    6.2.1 解决问题的基本流程  56-57
    6.2.2 模态分析的定义及其应用  57-58
    6.2.3 ANSYS模态提取方法  58-59
    6.2.4 ANSYS模态分析的过程  59-60
  6.3 模态综合法  60-63
    6.3.1 ANSYS模态综合法原理  60-61
    6.3.2 子结构模态综合法的一般求解思路  61-62
    6.3.3 ANSYS模态综合法基本过程  62-63
  6.4 卧式高真空干泵轴系的模态分析  63-71
    6.4.1 相关参数及计算过程  63-64
    6.4.2 ANSYS模态分析的结果输出  64-68
    6.4.3 结果分析  68-71
第七章 结论与展望  71-73
  7.1 结论  71
  7.2 展望  71-73
参考文献  73-77
致谢  77-78
附录  78-82

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 泵 > 叶片式泵 > 漩涡泵
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