直腔泵和凸腔泵抽速系数的对比研究

　　直腔泵和凸腔泵抽速系数的对比研究龚建华，郑永合肥工业大学精仪系，安徽合肥射流界面增大以及泵壳的特殊形状使得泵的抽速系数比直腔型扩散泵提高。计算结果符合般规律。

　　42文献标识码油扩散泵足通过处于分子态下的被抽气体分产扩逃入高违定向运动的油蒸汽内，由动量传递而被携带至前级来完成抽气作用的。由于在分子态下，某压力的气体单位时间碰撞到单位壁面上的分子数是恒定的，从而任压力下单位时间通过泵口平面的气体体积也是恒定的，这就是所谓的扩散栗的理论抽速59然而由尸种种说因。使得笮位间进入泵内的气体不能被完全抽除，实际抽走的部分称为实际抽速5实际抽速和理论抽速之比，就是的何氏系数7，或称抽速系数决定抽速系数的因素有机理方面的，也有结构方面的。气体分子在油蒸汽界面层内和蒸汽分子的相0作用的机制6个复杂的问而凸腔泵的抽速系数明显高于径的腔泵则是个结构因素的典型例了，本文将针对泵体结构对抽速系数的影响展开些讨论首先描述下进入栗口的气体分子的运动象被抽气体分子旦进入栗口其后续行为是在栗的内壁面与蒸汽射流界面之间的空间作碰撞反射的热运动当碰撞在蒸汽射流界面上时，与蒸汽分子作用不符其机制如何复杂。结果是扩进入蒸汽射流内部而被携带到前级，便是返回原空间袭过碰撞可能次进蒸汽界面。亦或出泵1.由此以体会抽速系数的意义当把1中如；1的直腔型的泵体变为如3的凸腔型时，蒸汽射流界面延伸，其面积明显大，这导致进入口的被抽气体分子。界面碰掎的机会也随之大；另方面，改变后的体形状砧然让与其碰撞的气体分子逃逸出泵口的机会减小这双重因素使得凸腔泵的抽速系数要比同口径的直腔公有很人的提以我们以50和1丁150作为梭甩，迎过对比分析来揭栗腔形状对抽速系数所产生的影响为了突出主要因素必须对讨论的问作些简化首先用采的模喂除栗腔的形状不外满余部分的结构完全相同，并且工作在完全相同的条件下。严格讲，付凸腔泵由蒸汽射流仙积延仲，要保证住与壁交界处仍有足够的射流密度。泵芯的结构应略有不同，然而对于小型泵这种区别尽可略去。其次仅考虑被抽气体分子进入蒸汽射流被携带至前级，而不考虑反向的逆扩散在所讨论的模型中的差异，因这过程相对来讲是次要的，特别是有足够的射流强度时。后。由于是对两种模型进对比分析。所以当蒸汽射流离开喷咀时，其界面的确切位置也非至关重要的，为了便于解析分析，不妨沿着喷帽的锥面延他这种对比讨论的方法可以避开些牵涉到分子之间作用机理的未知因素，而终可以获得问的主要结论实际抽速4理论抽速之比为确定的抽速系数，这宏观结论反映了蒸汽射流抽除被抽气体过程所遵从的统计规律而它是大量的进入泵口的被抽气体分子具有几率特征的相应的微观量的统计平均结果。对于进入泵口的单个分子，在泵壁和蒸汽射流界面之间随机地反射运动，系列的状态转移构成了个简单的马尔可夫过程，而终以概率1转移到个特殊的状态，即返回入口或被蒸汽射流携带而去。当分子与蒸汽射流界面碰撞时，它们之间的抽速系数可以用次枚拟。随机变量的均值=来不，这正是河0614方法的基本思想。

　　气体分了1运动的随机性描述通过从知概率分布抽样来实现分子在无规运动中所遵从的统计规律较为简单在泵口平面入射位置等几率出现，可以用对0，1区间均匀分布的随机数你经过变换来确定入射方向以及在任界面上的反射方向遵从余弦分布，当然，这只是入射和反射的随机性的数字特征相1.而物理概念则是属于两个范畴。方向坐标可用组角度0.其概申密度如下其它对1可以采用直接抽样法。但由于确定方向相互作用可视为界面具有定的吸收系数1并且都用0的正余弦，当给定6后，再计算其正余对于直腔型和凸腔型，它应该是相同的数值。由以上的分析河以用心血山方法肩计算机上模拟跟踪每个进入泵口的气体分子4次模拟1有两个结果被射流抽走或是返回入口，并且每个分子被抽走的几率相等，因为它们运动过程相互独立，具仔相同的栗壁形状和射流结构而这儿半也就是弦要花费史多的机。所以通过舍选样直接获衍技1的正余弦可提高运算效书节尸气体分子与蒸汽界血的碰撞采用惯常的处理方法。可用直接抽样法，也可用加权抽样法。如用前者，即产生个，1区问均幻分布的随机数则被蒸汽射流带走，反之，按余弦定律漫射。

　　栗的抽速系数具休分析可以采用如下途邑把直腔泵的速系数丑1作为已知条件。通过模拟气体分了1在直腔栗中的运动过程，求得征气体分子与蒸汽射流界面相互作用的吸收系数，再把它作为凸腔栗蒸汽射流界面的吸收系数。继而在凸腔泵的模型下模拟气体分子运动过程。终获得凸腔泵的抽速系数进入栗的被抽气体视为自由分子流，具有其切性质每个分子在泵内运动的结呆只两种可能。

　　据此，足义个与分户运动过程有关的随机变量它有两种可能的取值3=1分子被蒸汽射流携带走1分子返回入1因此每桢拟个气体分子相当千进行次独立的实验，重复次独立实验则构成重贝努利概型。而荥的结构经过简化财为栗口平面，坐标原点置于杲口平面中心，2轴沿整个系统的轴线向1轴和。1轴在平面内。进入泵平血，由外户2尸3构成其中为喷帽的圆形平面，尸21为喷帽的圆锥曲面，朽2为蒸汽射流的圆锥曲面。乃为泵壳的柱曲面而在腔泵中1上，由尸1乃户22尸31尸32 7构成其中尸1为喷帽的圆形平面，乃，为喷帽的圆锥曲面22为蒸汽射流的圆锥曲，尸31为泵壳的圆柱曲面，尸32为泵壳的圆锥曲面，乃3为泵壳的圆柱曲面。在给定的坐标系下不难写出以各面的方程而分运动的轨迹为直线方程，它由入射点或反射点以及满足余弦定律的方向坐标所确定。分子在入射后或反射后其可能的碰撞点位置在1.所小的校型中以不相同的。对于直腔型泵，由厘平面入射的分子，其可能的碰点可以在7尸53各面由1面反射的分子，它的碰点可以落在从尸3各面；由朽乃画反射的分子其碰点同样只能落在从乃各面而由户3面反的分子碰点则能落在舰7产2乃各面。对于凸腔型泵，由从平面入射的分子，其可能的碰点可以在户1尸21尸22尸37户3洛面；由户1面反射的分子碰点可以落在从7户3洛面；由户2户22面反射的分子其碰点可以落在从乃户32押各面而由押面反射的分1碰点可以落在似朽1户21尸31尸32户33各面由户3面反射的分了碰点也同样可以落在似凡乃朽洛曲户33面反射的分子碰点只可以落在从户1作柯尸32尸33各面对于反射后在解析上同时存在多个碰点情况，可由具体模型设置判别条件，排除虚假碰点而确认真实的碰点。

　　蒸汽射流界面的吸收系数是被抽气体分子与蒸汽分子之间相互作用的统计性的处理，在已知直腔泵抽速系数扣的前提下，可通过以下方法确足因必是处十0.1之间的某1数，首先假=0.5，以此作为气体分子碰撞到蒸汽界面上时被携止的几率，通过校拟跟踪进入切的1体分子的运动过程，终可求得直腔泵的抽速系数，如开扣说明应落。5，1之，再其中值重复上述过程；反之，如尺州，应落在0，0.5之间。以此类推，直至在足够精度内好=初，取此的作吸收系数。汴等同所凸腔泵校型中的吸收系数，据此在该模型下通过模拟即可获得凸腔泵的抽速系数2由于所采用的模型均为轴对称系统，因此在实际模拟过程中可进行适当的简化，这将给数学上的解析带来方便，更可减少模拟个分子的运算量当跟踪的气体分子在模型中的任面反射时，其对jiiiwxri4Hjiiiz轴坐标有关因此，获得任新的碰点坐标后，均可绕轴沿平而旋转到如阁1所小的=的平面内，即任次新的反射均可以认为发生在该平面的母线的相应位置这种处理方法在计算分子通过圆截面管道的传输几率的算例中证明是可行在1的反150和反丁150模型中，喷咀角度了取60，凸腔泵泵壳圆锥面顶角。取45，凸腔段直径取20，其它尺寸从略。在已知直腔泵的抽速系数=.39，样本量为1000000时，模拟结果凸腔泵抽速系数丑2=.54，这与般凸腔泵比同泣直腔父抽速增加3俗5以吻的。1腔泵的圆锥面段的顶个1的数值，所以的结果是不相同的，其规律是随着角度的增大抽速系数也随之增大2这个结论是很直观的，因随着角度的增大，该段对被抽气体分子逃逸出泵口的几何阻挡作用在加强的，以上的结论说明凸腔泵确实从两个方面提高了泵的抽速系数，并且利用计算机模拟中所记录的信息，还可进步讨论几何阻挡与射流面积增大在其中各自的贡献胡汉泉，等。真空物理与技术及其在电子器件中的应用5.国防工业出版社，1982.

　　2杨乃恒。真空获得设备。冶金工业出版社。