دانشکده فنی و مهندسی گلپایگان

دانشکده مهندسی مكانیك

پایان‌نامه کارشناسی ارشد

گرایش طراحی کاربردی

عنوان:

شبیه‌سازی عددی پره‌های روتور پمپ توربومولکولی محوری

استاد راهنما:

دکتر بهمن اسدی

دی‌ماه 1392

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

در این پایان‌نامه، در زمینه فناوری خلأ، اهمیت، کاربرد و نقش این فناوری در صنعت و پیشبرد تحقیقات علمی، اصطلاحات فنی مرتبط با این فناوری، انواع پمپ‌های خلأ، کاربردها، مزیت و معایب هر یک از پمپ‌های خلأ، اهمیت مطالعه پمپ توربومولکولی محوری و کارهای انجام شده در این زمینه، مطالبی ارائه شده است. تمرکز عمده بر روش‌های شبیه‌سازی جریان در رژیم‌های مختلف و نتایج حاصل از آن بوده است. انواع پارامترهای هندسی پره، تاثیر گذار بر عملکرد سیالاتی پمپ معرفی و مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین چینش و علت چینش پره‌ روتور پمپ توربومولکولی محوری بیان شده است. با انجام شبیه‌سازی دیسک حلقه‌ای دوار به روش المان محدود و با نرم‌افزار انسیس ورک بنچ و همچنین حل الاستیسیته این پایان‌نامه پی گرفته شده است. در این شبیه‌سازی و حل الاستیسیته، فرض بر تغییر شکل کوچک بر اثر سرعت پایین چرخش روتور بوده است. سپس شبیه‌سازی عددی پره روتور با فرض تغییر شکل بزرگ بر اثر سرعت چرخش بالای روتور صورت گرفته است و برنامه کامپیوتری که بتواند از حل الاستیسیته با فرض تغییر شکل کوچک، ماکزیمم مقادیر تنش ون مایزز و تغییر شکل را در تغییر شکل بزرگ پیش‌بینی کند، تهیه شده است. در ادامه دو دیسک حلقه‌ای دوار متصل به هم، حل تحلیلی و شبیه‌سازی عددی شده است. همچنین پره ردیف‌های مختلف روتور پمپ توربومولکولی محوری مدل‌سازی و شبیه‌سازی عددی شده است. تاثیر ضخامت و ارتفاع پره بر نتایج شبیه‌سازی ارائه شده است. در ادامه تاثیر پروفیل‌های مختلف پره بر نتایج شبیه‌سازی مورد بررسی قرار گرفته است. در پایان مدل جدیدی از پره روتور ساخته شده از دو جنس ارائه و مورد بررسی و مقایسه با پره ساخته شده از یک جنس قرار گرفته است. لازم به ذکر است در قسمت‌هایی مانند دیسک روتور که نتایج به صورت تحلیلی قابل به ارائه بوده است، تهیه و برای اعتبارسنجی شبیه‌سازی عددی مورد استفاده قرار گرفته است. حل تحلیلی و شبیه‌سازی عددی مطابقت خوبی داشته‌اند.

کلمات کلیدی: خلأ، پمپ توربومولکولی، شبیه‌سازی، پره روتور، تحلیل تنش و کرنش، دیسک حلقه‌ای دوار، پروفیل

فهرست مطالب

صفحه تصویب‌نامه                                                                                                          الف

گواهی صحت و اصالت پایان نامه و مجوز بهره برداری                                                                ب

1- فصل اول: مقدمه  1

1-1-     تعریف مسأله  2

1-2-     ضرورت و اهمیت مطالعه تکنولوژی سیستم‌های خلأ   4

1-2-1- ویژگی‌های فناوری سیستم‌های خلأ   4

1-3-     معرفی تکنولوژی خلأ   5

1-3-1- تعریف خلأ یا وکیوم  6

1-3-2- کاربردهای خلأ و فرایندهای متداول تحت سیستم‎های خلأ   6

1-3-2-1-       کاربرد خلأ در صنایع   9

1-3-3- اصطلاحات مورد استفاده در فیزیک خلأ   10

1-3-3-1-       واحد‌های خلأسنجی   11

1-3-3-2-       مسیر یا پویش آزاد میانگین   12

1-3-3-3-       اعداد بی‌بعد رینولدز و نادسن   13

1-3-3-4-       نسبت تراکم پمپ    14

1-3-3-5-       سرعت پمپاژ  14

1-3-3-6-       ظرفیت پمپاژ  14

1-3-3-7-       نشت    15

1-3-4- تقسیم‌بندی خلأ به نواحی مختلف بر اساس محدوده فشار  15

1-3-5- رژیم‌های مختلف جریان گازی   16

1-3-5-1-       جریان پیوسته یا لزج   17

1-3-5-2-       جریان لغزشی یا انتقالی یا نادسن   18

1-3-5-3-       جریان مولکولی   19

1-4-     انواع پمپ‌های خلأ و کاربردهای آن‌ها 21

1-4-1- پمپ‌های ایده‌آل   22

1-4-2- پمپ‌های واقعی   22

1-4-3- انواع پمپ‌های خلأ   25

1-4-3-1-       پمپ‌های ایجاد كنندة خلأ كم و متوسط   26

1-4-3-2-       پمپ‌های ایجاد كنندة خلأ بالا و فوق بالا  26

1-5-     پمپ توربومولکولی محوری   32

1-5-1- ضرورت مطالعه پمپ توربومولکولی محوری   34

1-6-     پیشینه پژوهش     37

1-7-     اهداف تحقیق حاضر  42

1-8-     رئوس مطالب تحقیق   43

1-9-     نکات منحصر به فرد پایان‌نامه  45

2- فصل دوم: بررسی جریان سیال در پمپ توربومولکولی محوری  

2-1-     مبانی تئوری جریان مولکولی  

2-1-1- انواع مدل‌های ریاضی جهت بررسی جریان در پمپ توربومولکولی  

2-1-2- تاریخچه کاربرد روش مونت کارلو 

2-1-3- حل مستقیم جریان مولکولی به روش مونت کارلو 

2-1-4- حل مستقیم جریان مولکولی به روش ذره نمونه مونت کارلو 

2-1-5- برخورد مولکول‌های گاز در حال تعادل با سطح جامد 

2-1-6- بررسی اثر دو مشخصه مهم پمپ توربومولکولی  

2-1-7- بررسی اثر سرعت و زاویه پره بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری  

2-2-     بررسی اثر نشتی بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری  

2-3-     بررسی اثر تغییر زاویه گوه پره بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری در مقایسه با پره‌های موازی  

2-4-     بررسی اثر ارتفاع پره بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری  

2-5-     بررسی اثر فاصله دو پره به وتر پره بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری  

2-6-     بررسی اثر لقی بین روتور و استاتور بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری  

2-7-     بررسی تاثیر پروفیل بدنه پره روتور بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری  

2-8-     بررسی افزایش عملکرد پمپ توربومولکولی محوری با ترکیب پمپ مولکولی درگ   

2-9-     بررسی و مقایسه عملکرد چند پمپ تجاری توربومولکولی  

2-10-نتیجه‌گیری  

2-11-ساختار و نحوه چینش پره‌های پمپ توربومولکولی محوری  

3- فصل سوم: شبیه‌سازی دوبعدی دیسک و سه‌بعدی پره‌های پمپ توربومولکولی محوری  

3-1-     روش‌های حل عددی   .

3-1-1- روش تفاضل محدود 

3-1-2- روش المان محدود 

3-1-3- روش المان مرزی  

3-2-     معرفی برنامه انسیس ورک بنچ  

3-3-     حل تحلیلی و عددی دو بعدی دیسک حلقه‌ای دوار 

3-3-1- مبانی نظری و استخراج معادلات با فرض الاستیسیته مسأله 

3-3-2- ویرایش و اصلاح معادلات استخراجی از حل الاستیسیته 

3-3-2-1-       معادلات اصلاحی ویرایش شده 

3-3-2-2-       نتایج معادلات اصلاحی دیسک حلقه‌ای در سرعت چرخش 18000 دور بر دقیقه 

3-3-2-3-       نتایج معادلات اصلاحی دیسک حلقه‌ای در سرعت چرخش 250000 دور بر دقیقه 

3-3-3- بررسی تاثیر سرعت زاویه‌ای بر حداکثر جابه‌جایی، تنش دیسک حلقه‌ای دوار 

3-3-4- حداکثر سرعت زاویه‌ای مجاز دیسک حلقه‌ای دوار 

3-4-     حل تحلیلی و عددی دو بعدی، دو دیسک حلقه‌ای دوار متصل به هم  

3-5-     حل عددی سه بعدی دیسک و پره‎های روتور پمپ توربومولکولی   .

3-5-1- تاثیر پارامترهای آیروالاستیسیته بر پره‌های پمپ توربومولکولی محوری  

3-5-2- بررسی پدیده خزش در پره‌های روتور پمپ توربومولکولی  

3-5-3- مدل و ابعاد پره‎های روتور پمپ توربومولکولی محوری   .

3-5-4- فرضیات مساله  .

3-5-5- مقایسه نتایج شبیه‌سازی یک ردیف کامل پره‌ با یک پره با شرط پریودیک و شرط تکیه‌گاه بدون اصطکاک    .

3-5-6- مقایسه نتایج حاصل از شبیه‌سازی پره ردیف‌های مختلف روتور پمپ توربومولکولی محوری  

3-5-7- تاثیر ضخامت پره بر نتایج شبیه‌سازی یک ردیف پره روتور پمپ توربومولکولی محوری   .

3-5-8- تاثیر ارتفاع پره بر نتایج شبیه‌سازی یک ردیف پره پمپ توربومولکولی محوری   .

3-5-9- تاثیر پروفیل‌های مختلف پره بر نتایج شبیه‌سازی پره روتور پمپ توربومولکولی محوری   .

3-5-10- بررسی نتایج حاصل از شبیه‌سازی پره روتور پمپ توربومولکولی محوری ساخته شده از دو جنس متفاوت….

4- فصل چهارم: اعتبارسنجی و صحت‌سنجی نتایج   47

4-1-     اعتبارسنجی تحلیل استاتیکی خطی با فرض تغیییر شکل کوچک    48

4-1-1- تحلیل استاتیکی خطی تیر دو سر گیردار  48

4-2-     اعتبارسنجی تحلیل استاتیکی غیر خطی با فرض تغییر شکل بزرگ    50

4-2-1- تحلیل استاتیکی غیر خطی صفحه دایروی تحت فشار یکنواخت    50

4-2-2- تحلیل استاتیکی غیر خطی صفحه یک سرگیردار  51

4-3-     بررسی عدم وابستگی نتایج شبیه‌سازی‌ پره روتور پمپ توربومولکولی محوری به مش     53

4-4-     بررسی تغییرات ماکزیمم تنش ون مایزز و تغییر شکل کلی با سرعت چرخش روتور  56

5- نتیجه‌گیری و پیشنهادات   58

5-1-     نتیجه‌گیری   59

5-2-     پیشنهادات   60

6- منابع و مراجع   62

پیوست (مقالات)

1-        فصل اول: مقدمه

1-1-   تعریف مسأله

امروزه سیستم‌های وكیوم یا خلأ در صنایع مختلف كاربرد زیادی پیدا كرده است. محیط‌های خلأ دو ویژگی اساسی دارند. اولین ویژگی این است که محیطی تمیز با قابلیت كنترل عوامل ناخواسته كه برای انجام فرایندهای خاص فیزیکی و شیمیایی به محیط‌های ویژه نیاز دارند، را ایجاد می‌کند و دیگر اینکه تغییرات اساسی در خواص فیزیكی مواد نظیر كاهش نقطه ذوب و تبخیر را موجب می‌شود. این دو ویژگی كلید انجام بسیاری از فرایندهای علمی در محیط خلأ می‌باشند. از سوی دیگر، خلأ شرایط جو زمین را نیز شبیه‌سازی می‌كند. این امر امكان انجام آزمایش‌های بسیاری كه برای سفرهای فضایی حیاتی است و انجام آن در داخل جو زمین ممكن نیست را در روی زمین میسر می کند. امروزه با بهره گرفتن از ویژگی‌های فوق فرایندهای بسیاری در محیط خلأ انجام می‌شوند و امكان تولید بسیاری از محصولات با فناوری بالا فراهم شده است. خلأ در پیشرفت صنایع الكترونیك، شیمیایی، پزشكی، دارو‌سازی، صنایع غذایی، متالوژی و خودرو نقش عمده‌ای را ایفا می‌كند. مواردی كه در زندگی روزانه كاربردهای وسیعی دارند، نظیر سلولهای خورشیدی، قطعات نیمه‌هادی‌ها نظیر حسگرها و آی سی‌ها، شیشه‌های عایق حرارتی، بسیاری از ابزارهای مكانیكی برشی با مقاومت سطحی بالا، عینك‌های طبی و آفتابی، ضدعفونی محصولات كشاورزی، تولید مواد شیمیایی، بازرسی جوش، تولید دیسك‌های فشرده كامپیوتری، ساخت كامپوزیت‌ها، ساخت بدنه یخچال، تعمیر سیستم‌های سرد كننده، تعویض روغن اتومبیل تنها نمونه‌هایی از كاربردهای وسیع خلأ می‌باشند. علاوه بر این خلأ نقش مهمی در حوزه‌های تحقیق و توسعه و تكنولوژی زیستی ایفا می‌كند، به گونه‌ای كه این فناوری را می‌توان كلید دستیابی به حوزه فناوری‌های میكرو و نانو قلمداد نمود.

با توجه به كاربردهای وسیع و كلیدی فناوری خلأ در زمینه‌های مختلف علوم و صنایع، ضروری است تا اقدامات گسترده و نظام‌مندی در جهت بومی‌سازی این فناوری در كشور انجام پذیرد. در این

راستا، یكی از راهبردهای اصلی، گسترش تحقیق و توسعه برای طراحی و ساخت سیستم‌ها و تجهیزات مربوط به این فناوری می‌باشد.

در سال‌های اخیر توجه به فناوری خلأ در كشور به تدریج اهمیت خود را به دست آورده است. فناوری خلأ بالا، امروزه کاربرد بسیاری در صنعت داشته و در اکثر زمینه‌ها نقش موثری را ایفا می کند. دستیابی به دانش طراحی و ساخت تجهیزات خلأ بالا امروزه یکی از دستاوردهای مهم و پر اهمیت هر کشور به‌شمار می‌آید. وظیفه اصلی در ایجاد محیط خلأ بر عهده انواع پمپ‌های تولیدکننده خلأ می‌باشد. در این پایان‌نامه نیز هدف، بررسی گوشه‌ای از دنیای وسیع طراحی تجهیزات خلأ یعنی پمپ‌های توربومولکولی محوری می‌باشد.

پمپ توربومولکولی محوری قادر به ایجاد خلأ بسیار بالا تا فشار (^10-10) پاسکال می‌باشد. در فناوری خلأ این پمپ‌ به دلایل متعددی چون تمیز بودن، سازگاری، راه اندازی سریع پمپ، قابلیت پیش‌بینی خلأ تولید شونده، سادگی عملیات و درجه بالای اعتبار از بعد عملیاتی، به طور گسترده در تولید خلأ بالا و خیلی بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد.

بنابر کاربرد وسیع فناوری خلأ در توسعه تکنولوژی و پیشبرد اهداف پژوهشی- صنعتی و نقش ویژه پمپ‌های توربومولکولی در ایجاد خلأ بالا، شبیه‌سازی پره‌های پمپ توربومولکولی و افزایش عملکرد آن، امکان دستیابی به محدوده خلأ بالاتری را موجب خواهد شد. بنابراین در این پایان‌نامه تحلیل و شبیه‌سازی عددی پره‌های روتور پمپ توربومولکولی محوری به عنوان هدف اصلی مد نظر بوده است. در این راستا تأثیر پارامترهای هندسی گوناگون مانند ارتفاع، ضخامت  اثرات پروفیل پره، در حین شبیه‌سازی مورد مطالعه قرار گرفته است. شایان ذکر است حداکثر نسبت تراکم، حداکثر سرعت بی‌‌بعد، حداکثر تغییر شکل پره[1] و حداکثر تنش ون‌مایزز ناشی از اثرات گریز از مرکز، تأثیرگذار

اصلی بر عملکرد پمپ توربومولکولی می‌باشند. با توجه به موارد مذکور، سعی بر یافتن شرایط بهینه برای نیل به ماکزیمم راندمان شده است.

تعداد صفحه :79

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.