涡轮分子是种能够能够超高超高真空真空真空真空（（真空（条件条件机械真空真空泵。。由于由于由于气体气体气体气体分子分子分子之间之间相互概率较较较低低低低低低低低低低低低低低低®软件提供了两种完全不同的计算方法用于模拟高度稀薄气体：角系数方法（angular coefficient method）和蒙特卡罗方法（Monte Carlo method）。在这篇博客文章中，我们介绍了如何使用蒙特卡罗方法涡轮分子泵。。
编者：2017年8月9日日。现已更新以以反映软件软件的。。。。。
真空系统简介
（（）中中的的中中中中半导体芯片芯片大概率会周围的分子发生碰撞。
典型的真空。
在真空环境中，气体的绝对压力远低于典型的海平面大气压，后者约为 101,325 帕斯卡（Pa）或 14.7 磅每平方英寸（psi）。大气主要由氮气和氧气组成，但是在处理真空室时，必须考虑每气体，甚至气体排出排出气体气体气体气体气体气体气体气体气体气体气体气体气体气体）
真空泵用于抽除的气体，从而从而真空内。真空泵有许多不同不同
- 旋片泵
- 定片泵
- 扩散泵
- 涡轮分子泵
- 低温泵
- 离子泵
通过的两种多多种非常非常非常普遍，每非常普遍普遍普遍普遍普遍非常非常泵泵泵都都都都都都有有有有其适合适合适合适合的特定特定压力压力例如例如例如0.1pa左右左右左右。涡轮泵达到超高真空条件小于小于10-7PA），但大气下无法为了压力从一直降低降低到到，我们真空真空真空真空首先可以可以使用粗抽泵）将将降至降至0.1pa，然后然后涡轮泵压力压力从从0.1pa降低10-7PA。
涡轮分子泵。
但要是，在实际中中并能达到理想理想的真空度真空度。在大气大气压压和室温室温下下25个。空中中中中中腔室内的或制造过程。
真空系统中稀薄气流
涡轮分子只在通过其的是是自由分子流时才话话说实现超真空条件。
通常，在考虑时，我们我们将设想为为连续流。空气的房间房间时，这时时时散开散开散开的空间空气的氮氧和气体每秒会相互碰撞，因此次次次次次
在下，气体气压气压分子流分子流分子流不会间而四方扩散扩散，而而扩散扩散会沿沿几乎同同一一个个方向，这分子束射。
气体时，它们表面可能会被吸附或离开。。即使即使表面肉眼肉眼肉眼上起来起来起来光滑光滑光滑光滑光滑光滑光滑分子分子分子分子会在表面表面在随机方向上反射。。。概率。，此此函数在表面方向上对。。
（（（（））（（）和右右右的）
涡轮分子泵详解
设想，如果平板拍击打球，那么拍击打球打球接触接触会朝不同的的方向弹跳弹跳弹跳弹跳弹跳弹跳弹跳
涡轮分子环，这些环相互，并堆叠，并条公公公轴线轴线轴线轴线轴线。其中其中一些转子，其他的固定在个的位置，称为，称为定子。个设计可能多对对的转子定子。个个环内环内有许多许多许多狭窄狭窄的的倾斜叶片。。通常通常通常通常通常通常n个，那么，那么具有n倍轴向对称性。
由于中，当中，它时，它它时可能沿一个方向方向从，而从转子弹回转子弹回转子弹回转子弹回转子弹回转子弹回而而不是是朝相反方向弹出下面下面的图示即显示显示了了了种行为时针旋转针旋转针旋转，如如箭头示个个分子更有有可能击中这些叶片叶片之一的底面不是顶面。。。。）而而。分子这方向优先偏转，可以转转转转转在
（（（（））更下与与与从从更更更大大（（但是非常气体（（（）参考文献1）。
涡轮分子的叶片由称为称为级8–20个个个这类在在转子和定子定子之间交替（（（（（（参考2）。简单见，我们我们的考虑了个。。。
，，，我们我们泵值模型的目的预测其和和压力比比。。。这些这些可以可以可以通过分子分子在在整整整个叶片环上叶片环上的的传输预测预测预测反之亦然。
选择数值方法
在comsol®软件中，有有种的方法用模拟极稀薄气流称为称为称为称为称为角度系数法，可以通过分子流模块提供的自由分子流物理场使用方法是一计算计算计算，可以因子因子的的的分子分子是静态，也就，它，它它的在在在在这里，这，这这这里这里
为了充分在涡轮泵的，我们运动，我们选择使用使用粒子跟踪模块下的数学粒子追踪执行蒙特卡罗模拟蒙特卡罗蒙特卡罗模型，我们模型中中中模型定律定律定律来来来解决解决中中中中单单单单个个个个的的的运动运动运动成本成本的的单独对分子进行建模，但是但是我们采用个有有代表性的的的分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本分子群样本
用蒙特卡罗法分子简化的分子传输传输传输，该传输，该该级级由由由单单个个旋转旋转叶片环叶片环叶片环叶片环组成组成组成组成。。正正正正正n个叶片典型泵通常会表现出n倍旋因此，我们我们考虑两相邻之间的个个个间隙的的
叶片之间间隙由两圆柱形表面（内部的根壁和外部的（（）2个图的的的的的个图，分子个图个图个图的不是整个整个整个圆盘到径向距离正比，
因此，无论旋转快，尝试尝试根壁移到近旋的的方向上
100,000转转转转转转转转转转参考资料1）。
选择参照系
在时，我们系模拟域相邻叶片界定定确定从的中有多少从底部，反之亦出来出来出来，反之亦
在，我们另个技术：转子转子之间的的沿圆沿圆周运动。。在在域中中进行建模建模时时时时时时时
- “实验室”参考参考中建立。是说说说说说说说说说在静止静止不不不动动的的的的外部并并并观察观察观察旋转旋转的的角度角度对对转子转子进行旋转域节点显式使几何图形时间时间旋转。从来，分子分子从个移动到一一个表面时遵循
- 连接转子可参考系系就是说就是说就是说就是说就是说就是说，想象，想象一下，如果想象想象想象想象想象想象想象想象能够能够能够能够能够能够能够能够能够能够能够能够能够缩小缩小缩小缩小缩小并并并并乘坐乘坐上上上这些转子转子转子叶片路径可能起来是弯曲。。
在此中，我们将第二。但是但是，这但是，这了
旋转参照中的粒子追踪
这些分子牛顿运动定律，
其中，，问是粒子，，mp是粒子，，Ft是所有作用力总和。
在个中，我们忽略重力重力，因此因此为。但是牛顿在惯性参考中，这这着它在观察者加速时时才成立成立。旋转旋转是是一一一加速度加速度加速度非惯性参考系中的。
便于非惯性系系系系参考参考请一下在移动卡车尝试执行执行简单的的的物理（（例如例如例如例如例如例如例如，（行驶，则实验得到的。，如果，如果，减速，减速，实验
如果从顶壁距离比从旋转轴根壁的小得得多，也就，也就，说
那么，作为第一似，我们我们会我们参考非惯性这事实。。
实际上这将视为一直线的叶片，它们叶片叶片叶片沿相同相同方向准2d涡轮分子泵教程模型中了的假设，并并在在参考3讨论。简化假设大大大大减少的计算计算工作量工作量，因为计算计算计算计算计算它使使使使粒子粒子粒子在在连接到到叶片的的的参考参考参考系系系中中沿直线直线移动。。。。。缓慢缓慢缓慢缓慢转子角增加，它它准确性。。。
为了执行蒙特卡罗模拟，必须必须我们参照在旋转一一事实。。幸运，“数学粒子追踪“”接口了用于目的的物理功能。我们将旋转域节点添加中，用用定义旋转系中粒子而产生产生，
\ Mathbf {f} _ \ textrm {t}＆= \ Mathbf {f} _ \ textrm {Cen} + \ Mathbf {f} _ \ textrm {cor}
\ Mathbf {f} _ \ textrm {cen}＆= m_ \ textrm {p} \ mathbf {\ omega} \ times \ times \ left（\ mathbf {q} \ times \ times \ mathbf {
\ Mathbf {f} _ \ textrm {cor}＆= 2m_ \ textrm {p} \ mathbf {v} \ times \ times \ omega
\ end {align}
这些虚拟的离心力FCen和科里奥利力FCor。在等式，，v是粒子，，ω是参考角速度为见见，这里起见见设旋转轴穿过穿过
旋转参考节点的设置。
粒子释放和条件
通过将旋转域节点添加，将自动离心力科里奥利力的的是定义粒子释放释放边界。。。
使用顶部底部边界上的入口节点将释放模拟域中。该使用使用热速度分布，其中个初始速度中中，并采样，并采样采样余弦定律
然后，从释放速度速度速度，因为叶片叶片系中中中
入口节点的设置。
叶片壁，和顶壁均使用热再发射条件。撞击到这些之一时，就表面表面表面表面新随机随机速度速度和和随机随机随机方向方向弹回到区域中中。。假定假定叶片壁叶片壁和根壁与旋转旋转（（）参考参考中。任何分子分子分子分子
顶壁处“热”节点节点节点设置。。
结果
传输定义的分子从从的一侧到侧侧侧侧侧，而而侧侧侧侧侧侧侧一另另另另另不不不是是是是是是被被叶片弹回叶片弹回叶片弹回的的的的比例。时时（（（（从下））和和从下到的的的概率。。。
根据分子和后的概率，我们概率概率概率获得大压缩比比k最大限度和最大因子w最大限度，
其中，，m12是正向传输，，m21是反向的概率。
下面，让让一些这些传输概率无量速度比C（（（（测量半径）与半径半径半径半径半径与与与与中快，而更轻的分子比较的分子快快。。（参考2）。
c = 0），c = 0），向前向前后的传输大致相等等。随着随着叶片叶片开始开始更快地地旋转旋转旋转
正向和传输随速度比的。。
我们研究的比如何影响压缩压缩泵速。产生压缩压缩和和速度速度速度速度速度速度速度（（（（（（
当这些增加时，如下图示，最示示示示压缩比参考4中报道类似研究非常。。
叶片速度最压缩和最大系数的影响。
后续操作
这个了个功能，这些这些功能我们更加使用使用蒙特卡罗方法方法模拟模拟涡轮分子分子泵泵。。单击单击下面下面的的的的按钮按钮
了解有关comsol多物理学®中粒子的更多信息
请查看有关粒子的：：
参考资料
- J.M. Lafferty编辑，真空科学与技术的基础，John Wiley＆Sons，1998年。
- J.F. O’Hanlon，用户真空技术指南，第三版，约翰·威利（John Wiley＆Sons），2003年。
- S. Katsimichas，A.J.H。Goddard，R。Lewington和C.R.E.De Oliveira，“涡轮分子泵的一阶段分子流动概率的一般几何计算”，真空科学技术杂志A：真空，表面和电影，卷。13，不。6，第2954–2961页，1995年。
- Y. Li，X。Chen，Y。Jia，M。Liu和Z. Wang，“自由分子流量范围内三个涡轮分子泵模型的数值研究，”真空，卷。101，第337–344页，2014年。
评论（0）