Применение турбомолекулярного насоса к задачам газоразделения

Ключевые слова: РАЗРЕЖЕННЫЙ ГАЗ, ТУРБОМОЛЕКУЛЯРНЫЙ НАСОС, ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, РАЗДЕЛЕНИЕ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ

Аннотация

Турбомолекулярный насосы (ТБН) активно используются для создания высокого и сверхвысокого вакуума. При этом известно, что эффективность насоса сильно зависит от молекулярной массы рабочего газа. Предыдущие работы автора показывают, что при течении смеси газов в похожих устройствах может наблюдаться эффект разделения смеси на компоненты. В данной работе с использованием метода прямо статистического моделирования Монте Карло исследовано течение бинарной смеси газов в турбомолекулярном насосе в плоской постановке.
Численное моделирование показало, что работа устройства приводит к эффективному разделению, но только тогда, когда турбины ТБН работают в так называемом противоточном режиме, т.е. качают газ против внешнего перепада давления. Параметрическое исследование показало, что все параметры работы устройства – частота вращения турбин, наклон и длина лопаток, количество ступеней в аппарате, режим разрежения – одинаково влияют на производительность: их увеличение приводит к росту коэффициента разделения и уменьшению расхода газа (и наоборот). Показано, что эффект разделения наблюдается даже при конечных числах Кнудсена в устройстве и малых скоростях вращения роторов, что не характерно для классических ТБН.
Работа выполнена при поддержке Российского Научного Фонда (грант № 23-71-10057).

Keywords: RAREFIED GAS, TURBOMOLECULAR PUMP, NUMERICAL SIMULATIONS, GAS MIXTURE SEPARARION

Abstract