Verdünnte Strömung in Spalten von Vakuumpumpen mit bewegter Berandung
Christopher Huck
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Christopher Huck, Verdünnte Strömung in Spalten von Vakuumpumpen mit bewegter Berandung (2020), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832586638
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Beschreibung / Abstract
Die Kenntnis der Strömungsverhältnisse in Spalten von Vakuumpumpen ist essentiell zur Berechnung des thermodynamischen Betriebsverhaltens. Eine Strömung kann hierbei durch eine Druckdifferenz, eine Temperaturdifferenz oder eine bewegte Berandung erzeugt werden. Methoden zur Simulation der verdünnten Spaltströmung müssen hierbei durch geeignete Versuche validiert werden.
In diesem Band wird eine eindimensionale Theorie validiert, welche die drei Strömungsarten in einem weiten Bereich der Gasverdünnung abbilden kann. Diese Theorie zeichnet sich durch eine effiziente Berechnung der Strömung aus. Für einen Vergleich werden Simulationen mittels DSMC-Methode, die das Gas auf Ebene der Teilchen modelliert, herangezogen. Zur Validierung der Simulationsergebnisse werden Versuchsaufbauten vorgestellt, die eine Messung des Spaltmassenstroms aufgrund einer Druckdifferenz und einer bewegten Berandung erlauben. Anhand der Messergebnisse und der Simulationsergebnisse der DSMC-Methode werden die Grenzen der Gültigkeit der eindimensionalen Theorie abgeleitet und beschrieben.
In diesem Band wird eine eindimensionale Theorie validiert, welche die drei Strömungsarten in einem weiten Bereich der Gasverdünnung abbilden kann. Diese Theorie zeichnet sich durch eine effiziente Berechnung der Strömung aus. Für einen Vergleich werden Simulationen mittels DSMC-Methode, die das Gas auf Ebene der Teilchen modelliert, herangezogen. Zur Validierung der Simulationsergebnisse werden Versuchsaufbauten vorgestellt, die eine Messung des Spaltmassenstroms aufgrund einer Druckdifferenz und einer bewegten Berandung erlauben. Anhand der Messergebnisse und der Simulationsergebnisse der DSMC-Methode werden die Grenzen der Gültigkeit der eindimensionalen Theorie abgeleitet und beschrieben.
Inhaltsverzeichnis
- BEGINN
- 1 Einleitung
- 1.1 Trockenlaufende Verdrängervakuumpumpen
- 1.2 Spaltströmung in Vakuumpumpen
- 1.3 Stand der Wissenschaft
- 2 Zielsetzung und Vorgehensweise
- 3 Grundlagen der Spaltströmung
- 3.1 Erhaltungsgleichungen
- 3.2 Dimensionslose Kennzahlen
- 4 DSMC-Methode
- 4.1 Einordnung der DSMC-Methode
- 4.2 Algorithmus der DSMC-Methode
- 5 Eindimensionale Theorie
- 5.1 Ansatz
- 5.2 Bestimmung der Flussraten
- 5.3 Modell und Simulationsablauf
- 6 Experimentelle Untersuchungen
- 6.1 Versuchsaufbau und Methodik
- 6.2 Spaltmodell mit statischer Berandung
- 6.3 Spaltmodell mit bewegter Berandung
- 7 Validierung der Simulationswerkzeuge
- 7.1 Modell der eindimensionalen Theorie
- 7.2 Modell der DSMC-Methode
- 7.3 Ergebnisse der statischen Berandung
- 7.4 Ergebnisse der bewegten Berandung
- 7.5 Ergebnisse der thermischen Kriechströmung
- 7.6 Fazit der Validierung
- 8 Grenzen der eindimensionalen Theorie
- 8.1 Knudsenzahl
- 8.2 Normierte Berandungsgeschwindigkeit
- 8.3 Druckverhältnis
- 8.4 Temperaturverhältnis
- 8.5 Längen zu Höhenverhältnis
- 8.6 Radius zu Höhenverhältnis
- 8.7 Variation der Gastemperatur
- 8.8 Fazit zur Ermittlung der Grenzen
- 9 Zusammenfassung und Ausblick
- Literaturverzeichnis
- Anhang
- A Flussraten
- B Messaufbauten
- C Simulierte Spaltlänge beim Radiusspalt
- D Messergebnisse
- D.1 Statische Berandung
- D.2 Bewegte Berandung