Перспективы развития комбинированных турбомолекулярных вакуумных насосов
11
Вспомогательным инструментом для исследования рабочих про-
цессов течения газа в проточной части комбинированного ТМН яв-
ляются программы гидрогазодинамики. Они имеют практическое
преимущество по отношению к другим системам, так как могут мо-
делировать трехмерное течение газа в сложной геометрии ВН. Но в
их системе есть значительный недостаток: условия сплошной среды
не подходят для условий сильно разреженной среды, в итоге точ-
ность полученных теоретических данных плохо согласуется с экспе-
риментальными. Использование таких программ позволяет произво-
дителям ВН снизить затраты на изготовление прототипа и проведе-
ние реальных экспериментов, заменяя их численным экспериментом.
Примеры описания рабочих процессов в комбинированных ваку-
умных насосах можно найти в работах [3−13], где исследуются мате-
матические модели МВН в областях вязкостного и переходного ре-
жимов течения газа с помощью комплексов гидрогазодинамики, ос-
нованных на уравнениях Навье—Стокса. Полученные данные точны
с точки зрения отношения давления газа, и можно считать, что мо-
дель Навье — Стокса применима к условиям молекулярного потока.
В [12, 13] для проведения расчетного исследования проточной
части МВН применен пакет гидрогазодинамики Star-CCM+, где в ка-
честве расчетной области используется только объем, занятый газом.
В целях уменьшения числа ячеек не учитываются области всасыва-
ния и нагнетания насоса. При построении расчетной сетки необходи-
мо значительно увеличивать ее плотность (измельчать сетку) на вхо-
де, выходе из проточной части и в области зазора, так как грубая сет-
ка в этой зоне не позволяет получать достоверные данные.
Для численного моделирования основной области течения газа
использовалась неструктурированная многогранная сетка. Для чис-
ленного моделирования пограничного слоя в вязкостном режиме
течения используется структурированная призматическая расчетная
сетка в несколько слоев вблизи твердых стенок. В переходном ре-
жиме течения пограничный слой не учитывается в связи с тем, что
он соизмерим со средней длиной свободного пробега, которая в
данных условиях значительно меньше размеров канала. В этом слу-
чае учет пограничного слоя может привести к неоправданному уве-
личению количества ячеек расчетной сетки и увеличению времени
расчетов.
У проточной части должны быть следующие параметры: 7 кана-
лов высотой 1 мм и шириной 7 мм, кромка — 6 мм, зазор —
0,05 мм, длина проточной части — 20 мм; расчетная сетка должна
иметь не менее 2 · 10
6
ячеек (рис. 6).
