Upload
rebekah-spence
View
65
Download
7
Embed Size (px)
DESCRIPTION
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Н.Э. БАУМАНА. Основы Вакуумной Техники проф.д.т.н. Деулин Е.А Лекция 8 Расчёт проводимости трубопроводов. МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Н.Э. БАУМАНА. Вопросы к билетам по представленной лекции: - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Основы Вакуумной ТехникиОсновы Вакуумной Техникипрофдтн Деулин ЕАпрофдтн Деулин ЕА
Лекция 8 Лекция 8
Расчёт проводимости трубопроводов Расчёт проводимости трубопроводов
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вопросы к билетам по представленной лекции
1-Формулы проводимости цилиндрического трубопровода при различных режимах течения газа
2-Связь проводимости трубопровода со степенью вакуума3- Проводимость диафрагмы и проводимость трубопровода сложной формы4- Физические и технические основы расчёта проводимости методом
Монте- Карло5-Методика расчёта проводимости сложного трубопровода методом
Монте- Карло 6-Преимущества расчёта проводимости методом Монте- Карло перед
laquoгеометрическимиraquo методами расчёта по формулам проводимости
Основное Основное уравнение уравнение ВакТехники илиВакТехники или
связывает параметры трёх основных компонентов вакуумной системы связывает параметры трёх основных компонентов вакуумной системы быстроту действия насоса проводимость трубопровода и быстроту откачки быстроту действия насоса проводимость трубопровода и быстроту откачки реципиентареципиента поэтому расчёт проводимости трубопроводов поэтому расчёт проводимости трубопроводов актуален при актуален при расчёте вакуумной системырасчёте вакуумной системы
1 ndash насос 2 ndash вакуумопровод 3ndashреципиент откачиваемый объём )
0
1 1 1
HS U S 0
H
H
S US
S U
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Проводимость параллельно соединенных трубопроводов
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
UΣ=U1+U2+hellipUi
Проводимость последовательно соединенных трубопроводов
1
11
11
111
21
21
i
i
UUU
UUUUU
71111722
3
1
смс
л
мс
мV 436
3
с
м
M
TSU
1173
с
мSU
Проводимость отверстия (диафрагмы)
S ndash площадь диафрагмы [м2]
UТ
М АV AД i
36 4
1) Вязкостный (ламинарный) режим
2
13603
214
с
мPP
l
dU B
2421
29511
1212
13603
21
213
214
с
мPP
d
PPd
l
dPP
l
dUМB
12133
с
м
l
dUМ
Формулы для расчёта проводимости цилиндрического Формулы для расчёта проводимости цилиндрического трубопроводатрубопровода
d ndash диаметр вакуумопровода [м]l ndash длина вакуумопровода [м]P ndash давление [Па]Для воздуха при t=20C =gt dgt10l
2) Молекулярно-вязкостный режим
3) Молекулярный режим
13833
с
м
M
T
l
dUМ
Для воздуха при t=20C =gt dgt10l
Для воздуха при t=20C =gt dgt10l
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Проводимость длинного цилиндрического вакуумопровода как функция геометрических параметров и давления (режима течения газа)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
1) Вязкостный (ламинарный) режим (низкий вакуум)
2
13603
214
с
мPP
l
dUB
2421
29511
1212
13603
21
213
214
с
мPP
d
PPd
l
dPP
l
dUМB
12133
с
м
l
dUМ
Проводимость вакуумо- провода учитывает режим течения характер Проводимость вакуумо- провода учитывает режим течения характер явления переноса (вязкости) и тем самым явления переноса (вязкости) и тем самым степень вакуумастепень вакуума
d ndash диаметр вакуумопровода [м]l ndash длина вакуумопровода [м]P ndash давление [Па]Для воздуха при t=20C =gt l gt10 d
2) Молекулярно-вязкостный режим (средний вакуум)
3) Молекулярный режим (высокий вакуум)
Для воздуха при t=20C =gt l gt10 d
Для трубы
Для воздуха при t=20C =gt l gt10 d
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Связь проводимости вакуумопровода с представлением о степени вакуума
Низкий вакуум
Высокий вакуум
Средний вакуум
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы расчёта проводимости трубопровода Формулы расчёта проводимости трубопровода сложной формысложной формы трубопровод длинной (LgtlOd) может быть представлен цилиндрической трубой постоянного
диаметра его проводимость может быть определена (для воздуха М=29 Т=293 К молекулярный режим течения газа)
м3с-1 (1)гдеd- расчетный диаметр трубопровода окончательной откачки мрасчетная длина трубопровода окончательной откачки мНаличие клапана или затвора с таким же диаметром прохода учиты вается увеличением длины
L на величина (2-6) dсобственно вакуумпровод окончательной откачки который на расчетных схемах может быть представлен трубопроводом постоянного сечения если элементы конс трукций клапана откачного гнезда ловушки золотника не диафрагмируют этот трубопровод В общем виде суммарная проводимость трубопровода состоящего из последовательно соединенных проводимостью Ui
м3с-1 (2)
где m- количество последовательно соединенных участков трубопровода учитываемых при расчете
Суммарная проводимость трубопровода состоящего из параллельно соединенных участков (например в золотниковых машинах)
3с-1 (3)где n- количество параллельно соединенных участков Проводимость тонкой диафрагмы
(длина L0 определяется только ее площадью А
где Т- температура газа К М- молекулярный вес газа Кмоль Vi- объем газа ударяющегося
о единицу поверхности в единицу времени Vi=ll7 м3м-2с-1 (при М = 29 Т = 293 К)
Ud
L121
3
U
Uii
m
11
1
U Uii
n
1
UТ
М АV AД i
36 4
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Расчёт проводимости трубопровода Расчёт проводимости трубопровода сложной формысложной формыПроводимость трубопровода произвольной формы может быть найдена как U=UДK (4)
гдеUД- проводимость входного сечения рассматриваемого трубопровода
Чтобы рассчитать проводимость участков следующих за диафрагмой) необходимо ползоваться коэффициентом Клаузинга
гдеN- суммарное число молекул вошедших в трубопровод через впускное сечение
Nобр- число обратных молекул отраженных от стенок и вернув шихся через
впускное сечение
При откачке в молекулярно-вязкостном режиме течения газа проводимость трубопровода может определяться
UМВ=09UМ+UВ (5)
гдеUМВ UМ UВ- расчетная проводимость трубопровода в молекуляр-
но-вяэкостном молекулярном вязкостном режимах соответственно
Таблицы формул для расчёта проводимости трубопроводов для газа М=29 Т=293 К Приведены на последующих слайдах
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
NK обрN-N
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
1173
с
мSU
Проводимость отверстия (диафрагмы) произвольной формы
Проводимость трубопровода в виде щели
9732
2
с
м
M
T
l
abKUЩ
agtgtb l- длина
lb 01 02 04 08 1 2 5 10 gt10
0036 0068 013 022 026 04 067 09438ln(lb)
Формулы расчёта проводимости трубопроводов Формулы расчёта проводимости трубопроводов различного сеченияразличного сеченияФорма сечения трудопровода
Проводимость
длиной l м Молукулярный режим течения газа
Вязкостный режим течения газа (Рср- среднее давление в трубопроводе Па)
круг диаметром d
равносторонний треугольник со
стороной а
кольцонаруж диам d1внутр диам d2
прямоугольник со сторонами аb (ab)
U dl121
3
U P dlcp 1 36 103
4
U al48 1
3 U P a
lcp 2994
U
d d d d
l
121 1 2
2
1 2
U d dd d
dd
P
lcp
1 36 1031
42
4 12
22
1
2
ln
lba
baU
22
308
UfP ab
lcp
8653
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
71120
ссм
лAVAU ii
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависит от угла падения
В начале расчёта определяется проводимость впускной диафрагмы Uo рассчитываеиого нами трубопровода
где А [см2] ndash площадь диафрагмы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависящий от угла падения является случайной величиной подчиняющейся указанному laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и определяемой генератором случайных чисел
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
Пример чисел выдаваемых генератором случайных чисел подчиняющихся laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и характеризующих угол отражения от 0 до 180 0 с округлением значения до 100 (те чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ )
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Виды угловых распределений молекул по скоростям Слева- равномерное распределение Справа- распределение Кнудсена
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
Методика расчёта проводимости сложного вакуумопровода (laquoпрямопролётногоraquo клапана) методом Монте-Карло
Порядок расчёта проводимости сложного трубопровода
10 N
N
N
NKKUU ОБРПР
)1(0 N
NUU ОБР
Общее количество молекул равномерно распределенных по входной площади
11
n
ii
n
ii NNAN
A
ANN i
ПРi
Где i- количество элементарных площадок на которые
разбиваем входную диафрагму
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид в разрезе laquoугловогоraquo клапана КРУТ DY=40 Рассмотрим расчёт проводимости этого клапана методом МК в плоской ( 2D ) системе координат
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Исходная геометрическая схема для расчёта проводимости этого клапана КРУТ DY40 методом МК в 2D системе координат ( те без учёта 3х мерного движения молекул)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
22
21
22
21
2
1
2
1
4
4
D
D
D
D
A
A
S
S
21
22
11
212
D
DD
A
ASS РАСЧ
Схема поясняющая необходимость изменения размеров на плоском чертеже (2D схема) для учёта
3х координатного движения молекул
Истинное соотношение размеров
Соотношение размеров при графическом расчете на плоскости в 2D системе с учётом 3х координатного
движения молекул
Пример распределения чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ выдаваемых генератором случайных чисел (см следующие слайды)
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 1 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАГеометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 2 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 3 запуск 30 молекул
laquoобратныеraquo моле кулы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 4 запуск 10 молекул
Видны траектории laquoпрямыхraquo и laquoобратныхraquo молекул
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Далее рассмотрен расчёт проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
(Схема работы клапана создаваемого на каф МТ-11 представлена ниже)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Пример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло На рис представлены элементы модели использованные для расчёта суммарной проводимости плоского уплотненияслева- сегмент кольца покрытый сканами справа-трубопровод эквивалентный сегменту кольца (сектор кольца уплотнения с наложенными на него сканами)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Элементы процесса расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло В вакуумной технике для расчета проводимости сложных разветвленных трубопроводов часто пользуются методом электрических аналогий При последовательном соединении n элементов вакуумной системы с известными проводимостями Ui общая проводимость системы (1)
При параллельном соединении n элементов вакуумной системы ее общая проводимость U равна сумме проводимостей всех элементов (2)
Для n последовательно соединенных элементов вакуумной системы формула принимает вид (3)
гдеP0i ndash вероятность прохождения молекулы через i-й элемент вакуумной системы
(коэффициент Клаузинга)P0 ndash суммарная вероятность прохождения частицы через n последовательно
соединенных элементов вакуумной системы
1
1 1n
iпосл iU U
1
n
пар ii
U U
10 0
1 11
n
i i
nP P
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вопросы к билетам по представленной лекции
1-Формулы проводимости цилиндрического трубопровода при различных режимах течения газа
2-Связь проводимости трубопровода со степенью вакуума3- Проводимость диафрагмы и проводимость трубопровода сложной формы4- Физические и технические основы расчёта проводимости методом
Монте- Карло5-Методика расчёта проводимости сложного трубопровода методом
Монте- Карло 6-Преимущества расчёта проводимости методом Монте- Карло перед
laquoгеометрическимиraquo методами расчёта по формулам проводимости
Основное Основное уравнение уравнение ВакТехники илиВакТехники или
связывает параметры трёх основных компонентов вакуумной системы связывает параметры трёх основных компонентов вакуумной системы быстроту действия насоса проводимость трубопровода и быстроту откачки быстроту действия насоса проводимость трубопровода и быстроту откачки реципиентареципиента поэтому расчёт проводимости трубопроводов поэтому расчёт проводимости трубопроводов актуален при актуален при расчёте вакуумной системырасчёте вакуумной системы
1 ndash насос 2 ndash вакуумопровод 3ndashреципиент откачиваемый объём )
0
1 1 1
HS U S 0
H
H
S US
S U
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Проводимость параллельно соединенных трубопроводов
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
UΣ=U1+U2+hellipUi
Проводимость последовательно соединенных трубопроводов
1
11
11
111
21
21
i
i
UUU
UUUUU
71111722
3
1
смс
л
мс
мV 436
3
с
м
M
TSU
1173
с
мSU
Проводимость отверстия (диафрагмы)
S ndash площадь диафрагмы [м2]
UТ
М АV AД i
36 4
1) Вязкостный (ламинарный) режим
2
13603
214
с
мPP
l
dU B
2421
29511
1212
13603
21
213
214
с
мPP
d
PPd
l
dPP
l
dUМB
12133
с
м
l
dUМ
Формулы для расчёта проводимости цилиндрического Формулы для расчёта проводимости цилиндрического трубопроводатрубопровода
d ndash диаметр вакуумопровода [м]l ndash длина вакуумопровода [м]P ndash давление [Па]Для воздуха при t=20C =gt dgt10l
2) Молекулярно-вязкостный режим
3) Молекулярный режим
13833
с
м
M
T
l
dUМ
Для воздуха при t=20C =gt dgt10l
Для воздуха при t=20C =gt dgt10l
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Проводимость длинного цилиндрического вакуумопровода как функция геометрических параметров и давления (режима течения газа)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
1) Вязкостный (ламинарный) режим (низкий вакуум)
2
13603
214
с
мPP
l
dUB
2421
29511
1212
13603
21
213
214
с
мPP
d
PPd
l
dPP
l
dUМB
12133
с
м
l
dUМ
Проводимость вакуумо- провода учитывает режим течения характер Проводимость вакуумо- провода учитывает режим течения характер явления переноса (вязкости) и тем самым явления переноса (вязкости) и тем самым степень вакуумастепень вакуума
d ndash диаметр вакуумопровода [м]l ndash длина вакуумопровода [м]P ndash давление [Па]Для воздуха при t=20C =gt l gt10 d
2) Молекулярно-вязкостный режим (средний вакуум)
3) Молекулярный режим (высокий вакуум)
Для воздуха при t=20C =gt l gt10 d
Для трубы
Для воздуха при t=20C =gt l gt10 d
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Связь проводимости вакуумопровода с представлением о степени вакуума
Низкий вакуум
Высокий вакуум
Средний вакуум
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы расчёта проводимости трубопровода Формулы расчёта проводимости трубопровода сложной формысложной формы трубопровод длинной (LgtlOd) может быть представлен цилиндрической трубой постоянного
диаметра его проводимость может быть определена (для воздуха М=29 Т=293 К молекулярный режим течения газа)
м3с-1 (1)гдеd- расчетный диаметр трубопровода окончательной откачки мрасчетная длина трубопровода окончательной откачки мНаличие клапана или затвора с таким же диаметром прохода учиты вается увеличением длины
L на величина (2-6) dсобственно вакуумпровод окончательной откачки который на расчетных схемах может быть представлен трубопроводом постоянного сечения если элементы конс трукций клапана откачного гнезда ловушки золотника не диафрагмируют этот трубопровод В общем виде суммарная проводимость трубопровода состоящего из последовательно соединенных проводимостью Ui
м3с-1 (2)
где m- количество последовательно соединенных участков трубопровода учитываемых при расчете
Суммарная проводимость трубопровода состоящего из параллельно соединенных участков (например в золотниковых машинах)
3с-1 (3)где n- количество параллельно соединенных участков Проводимость тонкой диафрагмы
(длина L0 определяется только ее площадью А
где Т- температура газа К М- молекулярный вес газа Кмоль Vi- объем газа ударяющегося
о единицу поверхности в единицу времени Vi=ll7 м3м-2с-1 (при М = 29 Т = 293 К)
Ud
L121
3
U
Uii
m
11
1
U Uii
n
1
UТ
М АV AД i
36 4
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Расчёт проводимости трубопровода Расчёт проводимости трубопровода сложной формысложной формыПроводимость трубопровода произвольной формы может быть найдена как U=UДK (4)
гдеUД- проводимость входного сечения рассматриваемого трубопровода
Чтобы рассчитать проводимость участков следующих за диафрагмой) необходимо ползоваться коэффициентом Клаузинга
гдеN- суммарное число молекул вошедших в трубопровод через впускное сечение
Nобр- число обратных молекул отраженных от стенок и вернув шихся через
впускное сечение
При откачке в молекулярно-вязкостном режиме течения газа проводимость трубопровода может определяться
UМВ=09UМ+UВ (5)
гдеUМВ UМ UВ- расчетная проводимость трубопровода в молекуляр-
но-вяэкостном молекулярном вязкостном режимах соответственно
Таблицы формул для расчёта проводимости трубопроводов для газа М=29 Т=293 К Приведены на последующих слайдах
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
NK обрN-N
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
1173
с
мSU
Проводимость отверстия (диафрагмы) произвольной формы
Проводимость трубопровода в виде щели
9732
2
с
м
M
T
l
abKUЩ
agtgtb l- длина
lb 01 02 04 08 1 2 5 10 gt10
0036 0068 013 022 026 04 067 09438ln(lb)
Формулы расчёта проводимости трубопроводов Формулы расчёта проводимости трубопроводов различного сеченияразличного сеченияФорма сечения трудопровода
Проводимость
длиной l м Молукулярный режим течения газа
Вязкостный режим течения газа (Рср- среднее давление в трубопроводе Па)
круг диаметром d
равносторонний треугольник со
стороной а
кольцонаруж диам d1внутр диам d2
прямоугольник со сторонами аb (ab)
U dl121
3
U P dlcp 1 36 103
4
U al48 1
3 U P a
lcp 2994
U
d d d d
l
121 1 2
2
1 2
U d dd d
dd
P
lcp
1 36 1031
42
4 12
22
1
2
ln
lba
baU
22
308
UfP ab
lcp
8653
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
71120
ссм
лAVAU ii
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависит от угла падения
В начале расчёта определяется проводимость впускной диафрагмы Uo рассчитываеиого нами трубопровода
где А [см2] ndash площадь диафрагмы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависящий от угла падения является случайной величиной подчиняющейся указанному laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и определяемой генератором случайных чисел
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
Пример чисел выдаваемых генератором случайных чисел подчиняющихся laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и характеризующих угол отражения от 0 до 180 0 с округлением значения до 100 (те чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ )
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Виды угловых распределений молекул по скоростям Слева- равномерное распределение Справа- распределение Кнудсена
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
Методика расчёта проводимости сложного вакуумопровода (laquoпрямопролётногоraquo клапана) методом Монте-Карло
Порядок расчёта проводимости сложного трубопровода
10 N
N
N
NKKUU ОБРПР
)1(0 N
NUU ОБР
Общее количество молекул равномерно распределенных по входной площади
11
n
ii
n
ii NNAN
A
ANN i
ПРi
Где i- количество элементарных площадок на которые
разбиваем входную диафрагму
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид в разрезе laquoугловогоraquo клапана КРУТ DY=40 Рассмотрим расчёт проводимости этого клапана методом МК в плоской ( 2D ) системе координат
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Исходная геометрическая схема для расчёта проводимости этого клапана КРУТ DY40 методом МК в 2D системе координат ( те без учёта 3х мерного движения молекул)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
22
21
22
21
2
1
2
1
4
4
D
D
D
D
A
A
S
S
21
22
11
212
D
DD
A
ASS РАСЧ
Схема поясняющая необходимость изменения размеров на плоском чертеже (2D схема) для учёта
3х координатного движения молекул
Истинное соотношение размеров
Соотношение размеров при графическом расчете на плоскости в 2D системе с учётом 3х координатного
движения молекул
Пример распределения чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ выдаваемых генератором случайных чисел (см следующие слайды)
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 1 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАГеометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 2 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 3 запуск 30 молекул
laquoобратныеraquo моле кулы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 4 запуск 10 молекул
Видны траектории laquoпрямыхraquo и laquoобратныхraquo молекул
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Далее рассмотрен расчёт проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
(Схема работы клапана создаваемого на каф МТ-11 представлена ниже)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Пример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло На рис представлены элементы модели использованные для расчёта суммарной проводимости плоского уплотненияслева- сегмент кольца покрытый сканами справа-трубопровод эквивалентный сегменту кольца (сектор кольца уплотнения с наложенными на него сканами)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Элементы процесса расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло В вакуумной технике для расчета проводимости сложных разветвленных трубопроводов часто пользуются методом электрических аналогий При последовательном соединении n элементов вакуумной системы с известными проводимостями Ui общая проводимость системы (1)
При параллельном соединении n элементов вакуумной системы ее общая проводимость U равна сумме проводимостей всех элементов (2)
Для n последовательно соединенных элементов вакуумной системы формула принимает вид (3)
гдеP0i ndash вероятность прохождения молекулы через i-й элемент вакуумной системы
(коэффициент Клаузинга)P0 ndash суммарная вероятность прохождения частицы через n последовательно
соединенных элементов вакуумной системы
1
1 1n
iпосл iU U
1
n
пар ii
U U
10 0
1 11
n
i i
nP P
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
Основное Основное уравнение уравнение ВакТехники илиВакТехники или
связывает параметры трёх основных компонентов вакуумной системы связывает параметры трёх основных компонентов вакуумной системы быстроту действия насоса проводимость трубопровода и быстроту откачки быстроту действия насоса проводимость трубопровода и быстроту откачки реципиентареципиента поэтому расчёт проводимости трубопроводов поэтому расчёт проводимости трубопроводов актуален при актуален при расчёте вакуумной системырасчёте вакуумной системы
1 ndash насос 2 ndash вакуумопровод 3ndashреципиент откачиваемый объём )
0
1 1 1
HS U S 0
H
H
S US
S U
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Проводимость параллельно соединенных трубопроводов
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
UΣ=U1+U2+hellipUi
Проводимость последовательно соединенных трубопроводов
1
11
11
111
21
21
i
i
UUU
UUUUU
71111722
3
1
смс
л
мс
мV 436
3
с
м
M
TSU
1173
с
мSU
Проводимость отверстия (диафрагмы)
S ndash площадь диафрагмы [м2]
UТ
М АV AД i
36 4
1) Вязкостный (ламинарный) режим
2
13603
214
с
мPP
l
dU B
2421
29511
1212
13603
21
213
214
с
мPP
d
PPd
l
dPP
l
dUМB
12133
с
м
l
dUМ
Формулы для расчёта проводимости цилиндрического Формулы для расчёта проводимости цилиндрического трубопроводатрубопровода
d ndash диаметр вакуумопровода [м]l ndash длина вакуумопровода [м]P ndash давление [Па]Для воздуха при t=20C =gt dgt10l
2) Молекулярно-вязкостный режим
3) Молекулярный режим
13833
с
м
M
T
l
dUМ
Для воздуха при t=20C =gt dgt10l
Для воздуха при t=20C =gt dgt10l
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Проводимость длинного цилиндрического вакуумопровода как функция геометрических параметров и давления (режима течения газа)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
1) Вязкостный (ламинарный) режим (низкий вакуум)
2
13603
214
с
мPP
l
dUB
2421
29511
1212
13603
21
213
214
с
мPP
d
PPd
l
dPP
l
dUМB
12133
с
м
l
dUМ
Проводимость вакуумо- провода учитывает режим течения характер Проводимость вакуумо- провода учитывает режим течения характер явления переноса (вязкости) и тем самым явления переноса (вязкости) и тем самым степень вакуумастепень вакуума
d ndash диаметр вакуумопровода [м]l ndash длина вакуумопровода [м]P ndash давление [Па]Для воздуха при t=20C =gt l gt10 d
2) Молекулярно-вязкостный режим (средний вакуум)
3) Молекулярный режим (высокий вакуум)
Для воздуха при t=20C =gt l gt10 d
Для трубы
Для воздуха при t=20C =gt l gt10 d
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Связь проводимости вакуумопровода с представлением о степени вакуума
Низкий вакуум
Высокий вакуум
Средний вакуум
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы расчёта проводимости трубопровода Формулы расчёта проводимости трубопровода сложной формысложной формы трубопровод длинной (LgtlOd) может быть представлен цилиндрической трубой постоянного
диаметра его проводимость может быть определена (для воздуха М=29 Т=293 К молекулярный режим течения газа)
м3с-1 (1)гдеd- расчетный диаметр трубопровода окончательной откачки мрасчетная длина трубопровода окончательной откачки мНаличие клапана или затвора с таким же диаметром прохода учиты вается увеличением длины
L на величина (2-6) dсобственно вакуумпровод окончательной откачки который на расчетных схемах может быть представлен трубопроводом постоянного сечения если элементы конс трукций клапана откачного гнезда ловушки золотника не диафрагмируют этот трубопровод В общем виде суммарная проводимость трубопровода состоящего из последовательно соединенных проводимостью Ui
м3с-1 (2)
где m- количество последовательно соединенных участков трубопровода учитываемых при расчете
Суммарная проводимость трубопровода состоящего из параллельно соединенных участков (например в золотниковых машинах)
3с-1 (3)где n- количество параллельно соединенных участков Проводимость тонкой диафрагмы
(длина L0 определяется только ее площадью А
где Т- температура газа К М- молекулярный вес газа Кмоль Vi- объем газа ударяющегося
о единицу поверхности в единицу времени Vi=ll7 м3м-2с-1 (при М = 29 Т = 293 К)
Ud
L121
3
U
Uii
m
11
1
U Uii
n
1
UТ
М АV AД i
36 4
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Расчёт проводимости трубопровода Расчёт проводимости трубопровода сложной формысложной формыПроводимость трубопровода произвольной формы может быть найдена как U=UДK (4)
гдеUД- проводимость входного сечения рассматриваемого трубопровода
Чтобы рассчитать проводимость участков следующих за диафрагмой) необходимо ползоваться коэффициентом Клаузинга
гдеN- суммарное число молекул вошедших в трубопровод через впускное сечение
Nобр- число обратных молекул отраженных от стенок и вернув шихся через
впускное сечение
При откачке в молекулярно-вязкостном режиме течения газа проводимость трубопровода может определяться
UМВ=09UМ+UВ (5)
гдеUМВ UМ UВ- расчетная проводимость трубопровода в молекуляр-
но-вяэкостном молекулярном вязкостном режимах соответственно
Таблицы формул для расчёта проводимости трубопроводов для газа М=29 Т=293 К Приведены на последующих слайдах
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
NK обрN-N
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
1173
с
мSU
Проводимость отверстия (диафрагмы) произвольной формы
Проводимость трубопровода в виде щели
9732
2
с
м
M
T
l
abKUЩ
agtgtb l- длина
lb 01 02 04 08 1 2 5 10 gt10
0036 0068 013 022 026 04 067 09438ln(lb)
Формулы расчёта проводимости трубопроводов Формулы расчёта проводимости трубопроводов различного сеченияразличного сеченияФорма сечения трудопровода
Проводимость
длиной l м Молукулярный режим течения газа
Вязкостный режим течения газа (Рср- среднее давление в трубопроводе Па)
круг диаметром d
равносторонний треугольник со
стороной а
кольцонаруж диам d1внутр диам d2
прямоугольник со сторонами аb (ab)
U dl121
3
U P dlcp 1 36 103
4
U al48 1
3 U P a
lcp 2994
U
d d d d
l
121 1 2
2
1 2
U d dd d
dd
P
lcp
1 36 1031
42
4 12
22
1
2
ln
lba
baU
22
308
UfP ab
lcp
8653
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
71120
ссм
лAVAU ii
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависит от угла падения
В начале расчёта определяется проводимость впускной диафрагмы Uo рассчитываеиого нами трубопровода
где А [см2] ndash площадь диафрагмы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависящий от угла падения является случайной величиной подчиняющейся указанному laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и определяемой генератором случайных чисел
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
Пример чисел выдаваемых генератором случайных чисел подчиняющихся laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и характеризующих угол отражения от 0 до 180 0 с округлением значения до 100 (те чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ )
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Виды угловых распределений молекул по скоростям Слева- равномерное распределение Справа- распределение Кнудсена
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
Методика расчёта проводимости сложного вакуумопровода (laquoпрямопролётногоraquo клапана) методом Монте-Карло
Порядок расчёта проводимости сложного трубопровода
10 N
N
N
NKKUU ОБРПР
)1(0 N
NUU ОБР
Общее количество молекул равномерно распределенных по входной площади
11
n
ii
n
ii NNAN
A
ANN i
ПРi
Где i- количество элементарных площадок на которые
разбиваем входную диафрагму
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид в разрезе laquoугловогоraquo клапана КРУТ DY=40 Рассмотрим расчёт проводимости этого клапана методом МК в плоской ( 2D ) системе координат
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Исходная геометрическая схема для расчёта проводимости этого клапана КРУТ DY40 методом МК в 2D системе координат ( те без учёта 3х мерного движения молекул)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
22
21
22
21
2
1
2
1
4
4
D
D
D
D
A
A
S
S
21
22
11
212
D
DD
A
ASS РАСЧ
Схема поясняющая необходимость изменения размеров на плоском чертеже (2D схема) для учёта
3х координатного движения молекул
Истинное соотношение размеров
Соотношение размеров при графическом расчете на плоскости в 2D системе с учётом 3х координатного
движения молекул
Пример распределения чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ выдаваемых генератором случайных чисел (см следующие слайды)
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 1 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАГеометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 2 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 3 запуск 30 молекул
laquoобратныеraquo моле кулы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 4 запуск 10 молекул
Видны траектории laquoпрямыхraquo и laquoобратныхraquo молекул
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Далее рассмотрен расчёт проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
(Схема работы клапана создаваемого на каф МТ-11 представлена ниже)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Пример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло На рис представлены элементы модели использованные для расчёта суммарной проводимости плоского уплотненияслева- сегмент кольца покрытый сканами справа-трубопровод эквивалентный сегменту кольца (сектор кольца уплотнения с наложенными на него сканами)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Элементы процесса расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло В вакуумной технике для расчета проводимости сложных разветвленных трубопроводов часто пользуются методом электрических аналогий При последовательном соединении n элементов вакуумной системы с известными проводимостями Ui общая проводимость системы (1)
При параллельном соединении n элементов вакуумной системы ее общая проводимость U равна сумме проводимостей всех элементов (2)
Для n последовательно соединенных элементов вакуумной системы формула принимает вид (3)
гдеP0i ndash вероятность прохождения молекулы через i-й элемент вакуумной системы
(коэффициент Клаузинга)P0 ndash суммарная вероятность прохождения частицы через n последовательно
соединенных элементов вакуумной системы
1
1 1n
iпосл iU U
1
n
пар ii
U U
10 0
1 11
n
i i
nP P
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
Проводимость параллельно соединенных трубопроводов
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
UΣ=U1+U2+hellipUi
Проводимость последовательно соединенных трубопроводов
1
11
11
111
21
21
i
i
UUU
UUUUU
71111722
3
1
смс
л
мс
мV 436
3
с
м
M
TSU
1173
с
мSU
Проводимость отверстия (диафрагмы)
S ndash площадь диафрагмы [м2]
UТ
М АV AД i
36 4
1) Вязкостный (ламинарный) режим
2
13603
214
с
мPP
l
dU B
2421
29511
1212
13603
21
213
214
с
мPP
d
PPd
l
dPP
l
dUМB
12133
с
м
l
dUМ
Формулы для расчёта проводимости цилиндрического Формулы для расчёта проводимости цилиндрического трубопроводатрубопровода
d ndash диаметр вакуумопровода [м]l ndash длина вакуумопровода [м]P ndash давление [Па]Для воздуха при t=20C =gt dgt10l
2) Молекулярно-вязкостный режим
3) Молекулярный режим
13833
с
м
M
T
l
dUМ
Для воздуха при t=20C =gt dgt10l
Для воздуха при t=20C =gt dgt10l
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Проводимость длинного цилиндрического вакуумопровода как функция геометрических параметров и давления (режима течения газа)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
1) Вязкостный (ламинарный) режим (низкий вакуум)
2
13603
214
с
мPP
l
dUB
2421
29511
1212
13603
21
213
214
с
мPP
d
PPd
l
dPP
l
dUМB
12133
с
м
l
dUМ
Проводимость вакуумо- провода учитывает режим течения характер Проводимость вакуумо- провода учитывает режим течения характер явления переноса (вязкости) и тем самым явления переноса (вязкости) и тем самым степень вакуумастепень вакуума
d ndash диаметр вакуумопровода [м]l ndash длина вакуумопровода [м]P ndash давление [Па]Для воздуха при t=20C =gt l gt10 d
2) Молекулярно-вязкостный режим (средний вакуум)
3) Молекулярный режим (высокий вакуум)
Для воздуха при t=20C =gt l gt10 d
Для трубы
Для воздуха при t=20C =gt l gt10 d
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Связь проводимости вакуумопровода с представлением о степени вакуума
Низкий вакуум
Высокий вакуум
Средний вакуум
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы расчёта проводимости трубопровода Формулы расчёта проводимости трубопровода сложной формысложной формы трубопровод длинной (LgtlOd) может быть представлен цилиндрической трубой постоянного
диаметра его проводимость может быть определена (для воздуха М=29 Т=293 К молекулярный режим течения газа)
м3с-1 (1)гдеd- расчетный диаметр трубопровода окончательной откачки мрасчетная длина трубопровода окончательной откачки мНаличие клапана или затвора с таким же диаметром прохода учиты вается увеличением длины
L на величина (2-6) dсобственно вакуумпровод окончательной откачки который на расчетных схемах может быть представлен трубопроводом постоянного сечения если элементы конс трукций клапана откачного гнезда ловушки золотника не диафрагмируют этот трубопровод В общем виде суммарная проводимость трубопровода состоящего из последовательно соединенных проводимостью Ui
м3с-1 (2)
где m- количество последовательно соединенных участков трубопровода учитываемых при расчете
Суммарная проводимость трубопровода состоящего из параллельно соединенных участков (например в золотниковых машинах)
3с-1 (3)где n- количество параллельно соединенных участков Проводимость тонкой диафрагмы
(длина L0 определяется только ее площадью А
где Т- температура газа К М- молекулярный вес газа Кмоль Vi- объем газа ударяющегося
о единицу поверхности в единицу времени Vi=ll7 м3м-2с-1 (при М = 29 Т = 293 К)
Ud
L121
3
U
Uii
m
11
1
U Uii
n
1
UТ
М АV AД i
36 4
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Расчёт проводимости трубопровода Расчёт проводимости трубопровода сложной формысложной формыПроводимость трубопровода произвольной формы может быть найдена как U=UДK (4)
гдеUД- проводимость входного сечения рассматриваемого трубопровода
Чтобы рассчитать проводимость участков следующих за диафрагмой) необходимо ползоваться коэффициентом Клаузинга
гдеN- суммарное число молекул вошедших в трубопровод через впускное сечение
Nобр- число обратных молекул отраженных от стенок и вернув шихся через
впускное сечение
При откачке в молекулярно-вязкостном режиме течения газа проводимость трубопровода может определяться
UМВ=09UМ+UВ (5)
гдеUМВ UМ UВ- расчетная проводимость трубопровода в молекуляр-
но-вяэкостном молекулярном вязкостном режимах соответственно
Таблицы формул для расчёта проводимости трубопроводов для газа М=29 Т=293 К Приведены на последующих слайдах
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
NK обрN-N
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
1173
с
мSU
Проводимость отверстия (диафрагмы) произвольной формы
Проводимость трубопровода в виде щели
9732
2
с
м
M
T
l
abKUЩ
agtgtb l- длина
lb 01 02 04 08 1 2 5 10 gt10
0036 0068 013 022 026 04 067 09438ln(lb)
Формулы расчёта проводимости трубопроводов Формулы расчёта проводимости трубопроводов различного сеченияразличного сеченияФорма сечения трудопровода
Проводимость
длиной l м Молукулярный режим течения газа
Вязкостный режим течения газа (Рср- среднее давление в трубопроводе Па)
круг диаметром d
равносторонний треугольник со
стороной а
кольцонаруж диам d1внутр диам d2
прямоугольник со сторонами аb (ab)
U dl121
3
U P dlcp 1 36 103
4
U al48 1
3 U P a
lcp 2994
U
d d d d
l
121 1 2
2
1 2
U d dd d
dd
P
lcp
1 36 1031
42
4 12
22
1
2
ln
lba
baU
22
308
UfP ab
lcp
8653
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
71120
ссм
лAVAU ii
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависит от угла падения
В начале расчёта определяется проводимость впускной диафрагмы Uo рассчитываеиого нами трубопровода
где А [см2] ndash площадь диафрагмы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависящий от угла падения является случайной величиной подчиняющейся указанному laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и определяемой генератором случайных чисел
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
Пример чисел выдаваемых генератором случайных чисел подчиняющихся laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и характеризующих угол отражения от 0 до 180 0 с округлением значения до 100 (те чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ )
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Виды угловых распределений молекул по скоростям Слева- равномерное распределение Справа- распределение Кнудсена
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
Методика расчёта проводимости сложного вакуумопровода (laquoпрямопролётногоraquo клапана) методом Монте-Карло
Порядок расчёта проводимости сложного трубопровода
10 N
N
N
NKKUU ОБРПР
)1(0 N
NUU ОБР
Общее количество молекул равномерно распределенных по входной площади
11
n
ii
n
ii NNAN
A
ANN i
ПРi
Где i- количество элементарных площадок на которые
разбиваем входную диафрагму
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид в разрезе laquoугловогоraquo клапана КРУТ DY=40 Рассмотрим расчёт проводимости этого клапана методом МК в плоской ( 2D ) системе координат
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Исходная геометрическая схема для расчёта проводимости этого клапана КРУТ DY40 методом МК в 2D системе координат ( те без учёта 3х мерного движения молекул)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
22
21
22
21
2
1
2
1
4
4
D
D
D
D
A
A
S
S
21
22
11
212
D
DD
A
ASS РАСЧ
Схема поясняющая необходимость изменения размеров на плоском чертеже (2D схема) для учёта
3х координатного движения молекул
Истинное соотношение размеров
Соотношение размеров при графическом расчете на плоскости в 2D системе с учётом 3х координатного
движения молекул
Пример распределения чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ выдаваемых генератором случайных чисел (см следующие слайды)
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 1 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАГеометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 2 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 3 запуск 30 молекул
laquoобратныеraquo моле кулы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 4 запуск 10 молекул
Видны траектории laquoпрямыхraquo и laquoобратныхraquo молекул
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Далее рассмотрен расчёт проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
(Схема работы клапана создаваемого на каф МТ-11 представлена ниже)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Пример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло На рис представлены элементы модели использованные для расчёта суммарной проводимости плоского уплотненияслева- сегмент кольца покрытый сканами справа-трубопровод эквивалентный сегменту кольца (сектор кольца уплотнения с наложенными на него сканами)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Элементы процесса расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло В вакуумной технике для расчета проводимости сложных разветвленных трубопроводов часто пользуются методом электрических аналогий При последовательном соединении n элементов вакуумной системы с известными проводимостями Ui общая проводимость системы (1)
При параллельном соединении n элементов вакуумной системы ее общая проводимость U равна сумме проводимостей всех элементов (2)
Для n последовательно соединенных элементов вакуумной системы формула принимает вид (3)
гдеP0i ndash вероятность прохождения молекулы через i-й элемент вакуумной системы
(коэффициент Клаузинга)P0 ndash суммарная вероятность прохождения частицы через n последовательно
соединенных элементов вакуумной системы
1
1 1n
iпосл iU U
1
n
пар ii
U U
10 0
1 11
n
i i
nP P
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
1) Вязкостный (ламинарный) режим
2
13603
214
с
мPP
l
dU B
2421
29511
1212
13603
21
213
214
с
мPP
d
PPd
l
dPP
l
dUМB
12133
с
м
l
dUМ
Формулы для расчёта проводимости цилиндрического Формулы для расчёта проводимости цилиндрического трубопроводатрубопровода
d ndash диаметр вакуумопровода [м]l ndash длина вакуумопровода [м]P ndash давление [Па]Для воздуха при t=20C =gt dgt10l
2) Молекулярно-вязкостный режим
3) Молекулярный режим
13833
с
м
M
T
l
dUМ
Для воздуха при t=20C =gt dgt10l
Для воздуха при t=20C =gt dgt10l
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Проводимость длинного цилиндрического вакуумопровода как функция геометрических параметров и давления (режима течения газа)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
1) Вязкостный (ламинарный) режим (низкий вакуум)
2
13603
214
с
мPP
l
dUB
2421
29511
1212
13603
21
213
214
с
мPP
d
PPd
l
dPP
l
dUМB
12133
с
м
l
dUМ
Проводимость вакуумо- провода учитывает режим течения характер Проводимость вакуумо- провода учитывает режим течения характер явления переноса (вязкости) и тем самым явления переноса (вязкости) и тем самым степень вакуумастепень вакуума
d ndash диаметр вакуумопровода [м]l ndash длина вакуумопровода [м]P ndash давление [Па]Для воздуха при t=20C =gt l gt10 d
2) Молекулярно-вязкостный режим (средний вакуум)
3) Молекулярный режим (высокий вакуум)
Для воздуха при t=20C =gt l gt10 d
Для трубы
Для воздуха при t=20C =gt l gt10 d
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Связь проводимости вакуумопровода с представлением о степени вакуума
Низкий вакуум
Высокий вакуум
Средний вакуум
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы расчёта проводимости трубопровода Формулы расчёта проводимости трубопровода сложной формысложной формы трубопровод длинной (LgtlOd) может быть представлен цилиндрической трубой постоянного
диаметра его проводимость может быть определена (для воздуха М=29 Т=293 К молекулярный режим течения газа)
м3с-1 (1)гдеd- расчетный диаметр трубопровода окончательной откачки мрасчетная длина трубопровода окончательной откачки мНаличие клапана или затвора с таким же диаметром прохода учиты вается увеличением длины
L на величина (2-6) dсобственно вакуумпровод окончательной откачки который на расчетных схемах может быть представлен трубопроводом постоянного сечения если элементы конс трукций клапана откачного гнезда ловушки золотника не диафрагмируют этот трубопровод В общем виде суммарная проводимость трубопровода состоящего из последовательно соединенных проводимостью Ui
м3с-1 (2)
где m- количество последовательно соединенных участков трубопровода учитываемых при расчете
Суммарная проводимость трубопровода состоящего из параллельно соединенных участков (например в золотниковых машинах)
3с-1 (3)где n- количество параллельно соединенных участков Проводимость тонкой диафрагмы
(длина L0 определяется только ее площадью А
где Т- температура газа К М- молекулярный вес газа Кмоль Vi- объем газа ударяющегося
о единицу поверхности в единицу времени Vi=ll7 м3м-2с-1 (при М = 29 Т = 293 К)
Ud
L121
3
U
Uii
m
11
1
U Uii
n
1
UТ
М АV AД i
36 4
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Расчёт проводимости трубопровода Расчёт проводимости трубопровода сложной формысложной формыПроводимость трубопровода произвольной формы может быть найдена как U=UДK (4)
гдеUД- проводимость входного сечения рассматриваемого трубопровода
Чтобы рассчитать проводимость участков следующих за диафрагмой) необходимо ползоваться коэффициентом Клаузинга
гдеN- суммарное число молекул вошедших в трубопровод через впускное сечение
Nобр- число обратных молекул отраженных от стенок и вернув шихся через
впускное сечение
При откачке в молекулярно-вязкостном режиме течения газа проводимость трубопровода может определяться
UМВ=09UМ+UВ (5)
гдеUМВ UМ UВ- расчетная проводимость трубопровода в молекуляр-
но-вяэкостном молекулярном вязкостном режимах соответственно
Таблицы формул для расчёта проводимости трубопроводов для газа М=29 Т=293 К Приведены на последующих слайдах
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
NK обрN-N
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
1173
с
мSU
Проводимость отверстия (диафрагмы) произвольной формы
Проводимость трубопровода в виде щели
9732
2
с
м
M
T
l
abKUЩ
agtgtb l- длина
lb 01 02 04 08 1 2 5 10 gt10
0036 0068 013 022 026 04 067 09438ln(lb)
Формулы расчёта проводимости трубопроводов Формулы расчёта проводимости трубопроводов различного сеченияразличного сеченияФорма сечения трудопровода
Проводимость
длиной l м Молукулярный режим течения газа
Вязкостный режим течения газа (Рср- среднее давление в трубопроводе Па)
круг диаметром d
равносторонний треугольник со
стороной а
кольцонаруж диам d1внутр диам d2
прямоугольник со сторонами аb (ab)
U dl121
3
U P dlcp 1 36 103
4
U al48 1
3 U P a
lcp 2994
U
d d d d
l
121 1 2
2
1 2
U d dd d
dd
P
lcp
1 36 1031
42
4 12
22
1
2
ln
lba
baU
22
308
UfP ab
lcp
8653
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
71120
ссм
лAVAU ii
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависит от угла падения
В начале расчёта определяется проводимость впускной диафрагмы Uo рассчитываеиого нами трубопровода
где А [см2] ndash площадь диафрагмы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависящий от угла падения является случайной величиной подчиняющейся указанному laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и определяемой генератором случайных чисел
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
Пример чисел выдаваемых генератором случайных чисел подчиняющихся laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и характеризующих угол отражения от 0 до 180 0 с округлением значения до 100 (те чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ )
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Виды угловых распределений молекул по скоростям Слева- равномерное распределение Справа- распределение Кнудсена
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
Методика расчёта проводимости сложного вакуумопровода (laquoпрямопролётногоraquo клапана) методом Монте-Карло
Порядок расчёта проводимости сложного трубопровода
10 N
N
N
NKKUU ОБРПР
)1(0 N
NUU ОБР
Общее количество молекул равномерно распределенных по входной площади
11
n
ii
n
ii NNAN
A
ANN i
ПРi
Где i- количество элементарных площадок на которые
разбиваем входную диафрагму
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид в разрезе laquoугловогоraquo клапана КРУТ DY=40 Рассмотрим расчёт проводимости этого клапана методом МК в плоской ( 2D ) системе координат
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Исходная геометрическая схема для расчёта проводимости этого клапана КРУТ DY40 методом МК в 2D системе координат ( те без учёта 3х мерного движения молекул)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
22
21
22
21
2
1
2
1
4
4
D
D
D
D
A
A
S
S
21
22
11
212
D
DD
A
ASS РАСЧ
Схема поясняющая необходимость изменения размеров на плоском чертеже (2D схема) для учёта
3х координатного движения молекул
Истинное соотношение размеров
Соотношение размеров при графическом расчете на плоскости в 2D системе с учётом 3х координатного
движения молекул
Пример распределения чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ выдаваемых генератором случайных чисел (см следующие слайды)
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 1 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАГеометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 2 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 3 запуск 30 молекул
laquoобратныеraquo моле кулы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 4 запуск 10 молекул
Видны траектории laquoпрямыхraquo и laquoобратныхraquo молекул
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Далее рассмотрен расчёт проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
(Схема работы клапана создаваемого на каф МТ-11 представлена ниже)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Пример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло На рис представлены элементы модели использованные для расчёта суммарной проводимости плоского уплотненияслева- сегмент кольца покрытый сканами справа-трубопровод эквивалентный сегменту кольца (сектор кольца уплотнения с наложенными на него сканами)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Элементы процесса расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло В вакуумной технике для расчета проводимости сложных разветвленных трубопроводов часто пользуются методом электрических аналогий При последовательном соединении n элементов вакуумной системы с известными проводимостями Ui общая проводимость системы (1)
При параллельном соединении n элементов вакуумной системы ее общая проводимость U равна сумме проводимостей всех элементов (2)
Для n последовательно соединенных элементов вакуумной системы формула принимает вид (3)
гдеP0i ndash вероятность прохождения молекулы через i-й элемент вакуумной системы
(коэффициент Клаузинга)P0 ndash суммарная вероятность прохождения частицы через n последовательно
соединенных элементов вакуумной системы
1
1 1n
iпосл iU U
1
n
пар ii
U U
10 0
1 11
n
i i
nP P
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
Проводимость длинного цилиндрического вакуумопровода как функция геометрических параметров и давления (режима течения газа)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
1) Вязкостный (ламинарный) режим (низкий вакуум)
2
13603
214
с
мPP
l
dUB
2421
29511
1212
13603
21
213
214
с
мPP
d
PPd
l
dPP
l
dUМB
12133
с
м
l
dUМ
Проводимость вакуумо- провода учитывает режим течения характер Проводимость вакуумо- провода учитывает режим течения характер явления переноса (вязкости) и тем самым явления переноса (вязкости) и тем самым степень вакуумастепень вакуума
d ndash диаметр вакуумопровода [м]l ndash длина вакуумопровода [м]P ndash давление [Па]Для воздуха при t=20C =gt l gt10 d
2) Молекулярно-вязкостный режим (средний вакуум)
3) Молекулярный режим (высокий вакуум)
Для воздуха при t=20C =gt l gt10 d
Для трубы
Для воздуха при t=20C =gt l gt10 d
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Связь проводимости вакуумопровода с представлением о степени вакуума
Низкий вакуум
Высокий вакуум
Средний вакуум
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы расчёта проводимости трубопровода Формулы расчёта проводимости трубопровода сложной формысложной формы трубопровод длинной (LgtlOd) может быть представлен цилиндрической трубой постоянного
диаметра его проводимость может быть определена (для воздуха М=29 Т=293 К молекулярный режим течения газа)
м3с-1 (1)гдеd- расчетный диаметр трубопровода окончательной откачки мрасчетная длина трубопровода окончательной откачки мНаличие клапана или затвора с таким же диаметром прохода учиты вается увеличением длины
L на величина (2-6) dсобственно вакуумпровод окончательной откачки который на расчетных схемах может быть представлен трубопроводом постоянного сечения если элементы конс трукций клапана откачного гнезда ловушки золотника не диафрагмируют этот трубопровод В общем виде суммарная проводимость трубопровода состоящего из последовательно соединенных проводимостью Ui
м3с-1 (2)
где m- количество последовательно соединенных участков трубопровода учитываемых при расчете
Суммарная проводимость трубопровода состоящего из параллельно соединенных участков (например в золотниковых машинах)
3с-1 (3)где n- количество параллельно соединенных участков Проводимость тонкой диафрагмы
(длина L0 определяется только ее площадью А
где Т- температура газа К М- молекулярный вес газа Кмоль Vi- объем газа ударяющегося
о единицу поверхности в единицу времени Vi=ll7 м3м-2с-1 (при М = 29 Т = 293 К)
Ud
L121
3
U
Uii
m
11
1
U Uii
n
1
UТ
М АV AД i
36 4
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Расчёт проводимости трубопровода Расчёт проводимости трубопровода сложной формысложной формыПроводимость трубопровода произвольной формы может быть найдена как U=UДK (4)
гдеUД- проводимость входного сечения рассматриваемого трубопровода
Чтобы рассчитать проводимость участков следующих за диафрагмой) необходимо ползоваться коэффициентом Клаузинга
гдеN- суммарное число молекул вошедших в трубопровод через впускное сечение
Nобр- число обратных молекул отраженных от стенок и вернув шихся через
впускное сечение
При откачке в молекулярно-вязкостном режиме течения газа проводимость трубопровода может определяться
UМВ=09UМ+UВ (5)
гдеUМВ UМ UВ- расчетная проводимость трубопровода в молекуляр-
но-вяэкостном молекулярном вязкостном режимах соответственно
Таблицы формул для расчёта проводимости трубопроводов для газа М=29 Т=293 К Приведены на последующих слайдах
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
NK обрN-N
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
1173
с
мSU
Проводимость отверстия (диафрагмы) произвольной формы
Проводимость трубопровода в виде щели
9732
2
с
м
M
T
l
abKUЩ
agtgtb l- длина
lb 01 02 04 08 1 2 5 10 gt10
0036 0068 013 022 026 04 067 09438ln(lb)
Формулы расчёта проводимости трубопроводов Формулы расчёта проводимости трубопроводов различного сеченияразличного сеченияФорма сечения трудопровода
Проводимость
длиной l м Молукулярный режим течения газа
Вязкостный режим течения газа (Рср- среднее давление в трубопроводе Па)
круг диаметром d
равносторонний треугольник со
стороной а
кольцонаруж диам d1внутр диам d2
прямоугольник со сторонами аb (ab)
U dl121
3
U P dlcp 1 36 103
4
U al48 1
3 U P a
lcp 2994
U
d d d d
l
121 1 2
2
1 2
U d dd d
dd
P
lcp
1 36 1031
42
4 12
22
1
2
ln
lba
baU
22
308
UfP ab
lcp
8653
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
71120
ссм
лAVAU ii
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависит от угла падения
В начале расчёта определяется проводимость впускной диафрагмы Uo рассчитываеиого нами трубопровода
где А [см2] ndash площадь диафрагмы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависящий от угла падения является случайной величиной подчиняющейся указанному laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и определяемой генератором случайных чисел
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
Пример чисел выдаваемых генератором случайных чисел подчиняющихся laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и характеризующих угол отражения от 0 до 180 0 с округлением значения до 100 (те чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ )
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Виды угловых распределений молекул по скоростям Слева- равномерное распределение Справа- распределение Кнудсена
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
Методика расчёта проводимости сложного вакуумопровода (laquoпрямопролётногоraquo клапана) методом Монте-Карло
Порядок расчёта проводимости сложного трубопровода
10 N
N
N
NKKUU ОБРПР
)1(0 N
NUU ОБР
Общее количество молекул равномерно распределенных по входной площади
11
n
ii
n
ii NNAN
A
ANN i
ПРi
Где i- количество элементарных площадок на которые
разбиваем входную диафрагму
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид в разрезе laquoугловогоraquo клапана КРУТ DY=40 Рассмотрим расчёт проводимости этого клапана методом МК в плоской ( 2D ) системе координат
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Исходная геометрическая схема для расчёта проводимости этого клапана КРУТ DY40 методом МК в 2D системе координат ( те без учёта 3х мерного движения молекул)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
22
21
22
21
2
1
2
1
4
4
D
D
D
D
A
A
S
S
21
22
11
212
D
DD
A
ASS РАСЧ
Схема поясняющая необходимость изменения размеров на плоском чертеже (2D схема) для учёта
3х координатного движения молекул
Истинное соотношение размеров
Соотношение размеров при графическом расчете на плоскости в 2D системе с учётом 3х координатного
движения молекул
Пример распределения чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ выдаваемых генератором случайных чисел (см следующие слайды)
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 1 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАГеометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 2 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 3 запуск 30 молекул
laquoобратныеraquo моле кулы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 4 запуск 10 молекул
Видны траектории laquoпрямыхraquo и laquoобратныхraquo молекул
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Далее рассмотрен расчёт проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
(Схема работы клапана создаваемого на каф МТ-11 представлена ниже)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Пример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло На рис представлены элементы модели использованные для расчёта суммарной проводимости плоского уплотненияслева- сегмент кольца покрытый сканами справа-трубопровод эквивалентный сегменту кольца (сектор кольца уплотнения с наложенными на него сканами)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Элементы процесса расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло В вакуумной технике для расчета проводимости сложных разветвленных трубопроводов часто пользуются методом электрических аналогий При последовательном соединении n элементов вакуумной системы с известными проводимостями Ui общая проводимость системы (1)
При параллельном соединении n элементов вакуумной системы ее общая проводимость U равна сумме проводимостей всех элементов (2)
Для n последовательно соединенных элементов вакуумной системы формула принимает вид (3)
гдеP0i ndash вероятность прохождения молекулы через i-й элемент вакуумной системы
(коэффициент Клаузинга)P0 ndash суммарная вероятность прохождения частицы через n последовательно
соединенных элементов вакуумной системы
1
1 1n
iпосл iU U
1
n
пар ii
U U
10 0
1 11
n
i i
nP P
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
1) Вязкостный (ламинарный) режим (низкий вакуум)
2
13603
214
с
мPP
l
dUB
2421
29511
1212
13603
21
213
214
с
мPP
d
PPd
l
dPP
l
dUМB
12133
с
м
l
dUМ
Проводимость вакуумо- провода учитывает режим течения характер Проводимость вакуумо- провода учитывает режим течения характер явления переноса (вязкости) и тем самым явления переноса (вязкости) и тем самым степень вакуумастепень вакуума
d ndash диаметр вакуумопровода [м]l ndash длина вакуумопровода [м]P ndash давление [Па]Для воздуха при t=20C =gt l gt10 d
2) Молекулярно-вязкостный режим (средний вакуум)
3) Молекулярный режим (высокий вакуум)
Для воздуха при t=20C =gt l gt10 d
Для трубы
Для воздуха при t=20C =gt l gt10 d
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Связь проводимости вакуумопровода с представлением о степени вакуума
Низкий вакуум
Высокий вакуум
Средний вакуум
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы расчёта проводимости трубопровода Формулы расчёта проводимости трубопровода сложной формысложной формы трубопровод длинной (LgtlOd) может быть представлен цилиндрической трубой постоянного
диаметра его проводимость может быть определена (для воздуха М=29 Т=293 К молекулярный режим течения газа)
м3с-1 (1)гдеd- расчетный диаметр трубопровода окончательной откачки мрасчетная длина трубопровода окончательной откачки мНаличие клапана или затвора с таким же диаметром прохода учиты вается увеличением длины
L на величина (2-6) dсобственно вакуумпровод окончательной откачки который на расчетных схемах может быть представлен трубопроводом постоянного сечения если элементы конс трукций клапана откачного гнезда ловушки золотника не диафрагмируют этот трубопровод В общем виде суммарная проводимость трубопровода состоящего из последовательно соединенных проводимостью Ui
м3с-1 (2)
где m- количество последовательно соединенных участков трубопровода учитываемых при расчете
Суммарная проводимость трубопровода состоящего из параллельно соединенных участков (например в золотниковых машинах)
3с-1 (3)где n- количество параллельно соединенных участков Проводимость тонкой диафрагмы
(длина L0 определяется только ее площадью А
где Т- температура газа К М- молекулярный вес газа Кмоль Vi- объем газа ударяющегося
о единицу поверхности в единицу времени Vi=ll7 м3м-2с-1 (при М = 29 Т = 293 К)
Ud
L121
3
U
Uii
m
11
1
U Uii
n
1
UТ
М АV AД i
36 4
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Расчёт проводимости трубопровода Расчёт проводимости трубопровода сложной формысложной формыПроводимость трубопровода произвольной формы может быть найдена как U=UДK (4)
гдеUД- проводимость входного сечения рассматриваемого трубопровода
Чтобы рассчитать проводимость участков следующих за диафрагмой) необходимо ползоваться коэффициентом Клаузинга
гдеN- суммарное число молекул вошедших в трубопровод через впускное сечение
Nобр- число обратных молекул отраженных от стенок и вернув шихся через
впускное сечение
При откачке в молекулярно-вязкостном режиме течения газа проводимость трубопровода может определяться
UМВ=09UМ+UВ (5)
гдеUМВ UМ UВ- расчетная проводимость трубопровода в молекуляр-
но-вяэкостном молекулярном вязкостном режимах соответственно
Таблицы формул для расчёта проводимости трубопроводов для газа М=29 Т=293 К Приведены на последующих слайдах
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
NK обрN-N
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
1173
с
мSU
Проводимость отверстия (диафрагмы) произвольной формы
Проводимость трубопровода в виде щели
9732
2
с
м
M
T
l
abKUЩ
agtgtb l- длина
lb 01 02 04 08 1 2 5 10 gt10
0036 0068 013 022 026 04 067 09438ln(lb)
Формулы расчёта проводимости трубопроводов Формулы расчёта проводимости трубопроводов различного сеченияразличного сеченияФорма сечения трудопровода
Проводимость
длиной l м Молукулярный режим течения газа
Вязкостный режим течения газа (Рср- среднее давление в трубопроводе Па)
круг диаметром d
равносторонний треугольник со
стороной а
кольцонаруж диам d1внутр диам d2
прямоугольник со сторонами аb (ab)
U dl121
3
U P dlcp 1 36 103
4
U al48 1
3 U P a
lcp 2994
U
d d d d
l
121 1 2
2
1 2
U d dd d
dd
P
lcp
1 36 1031
42
4 12
22
1
2
ln
lba
baU
22
308
UfP ab
lcp
8653
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
71120
ссм
лAVAU ii
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависит от угла падения
В начале расчёта определяется проводимость впускной диафрагмы Uo рассчитываеиого нами трубопровода
где А [см2] ndash площадь диафрагмы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависящий от угла падения является случайной величиной подчиняющейся указанному laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и определяемой генератором случайных чисел
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
Пример чисел выдаваемых генератором случайных чисел подчиняющихся laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и характеризующих угол отражения от 0 до 180 0 с округлением значения до 100 (те чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ )
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Виды угловых распределений молекул по скоростям Слева- равномерное распределение Справа- распределение Кнудсена
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
Методика расчёта проводимости сложного вакуумопровода (laquoпрямопролётногоraquo клапана) методом Монте-Карло
Порядок расчёта проводимости сложного трубопровода
10 N
N
N
NKKUU ОБРПР
)1(0 N
NUU ОБР
Общее количество молекул равномерно распределенных по входной площади
11
n
ii
n
ii NNAN
A
ANN i
ПРi
Где i- количество элементарных площадок на которые
разбиваем входную диафрагму
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид в разрезе laquoугловогоraquo клапана КРУТ DY=40 Рассмотрим расчёт проводимости этого клапана методом МК в плоской ( 2D ) системе координат
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Исходная геометрическая схема для расчёта проводимости этого клапана КРУТ DY40 методом МК в 2D системе координат ( те без учёта 3х мерного движения молекул)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
22
21
22
21
2
1
2
1
4
4
D
D
D
D
A
A
S
S
21
22
11
212
D
DD
A
ASS РАСЧ
Схема поясняющая необходимость изменения размеров на плоском чертеже (2D схема) для учёта
3х координатного движения молекул
Истинное соотношение размеров
Соотношение размеров при графическом расчете на плоскости в 2D системе с учётом 3х координатного
движения молекул
Пример распределения чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ выдаваемых генератором случайных чисел (см следующие слайды)
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 1 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАГеометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 2 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 3 запуск 30 молекул
laquoобратныеraquo моле кулы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 4 запуск 10 молекул
Видны траектории laquoпрямыхraquo и laquoобратныхraquo молекул
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Далее рассмотрен расчёт проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
(Схема работы клапана создаваемого на каф МТ-11 представлена ниже)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Пример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло На рис представлены элементы модели использованные для расчёта суммарной проводимости плоского уплотненияслева- сегмент кольца покрытый сканами справа-трубопровод эквивалентный сегменту кольца (сектор кольца уплотнения с наложенными на него сканами)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Элементы процесса расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло В вакуумной технике для расчета проводимости сложных разветвленных трубопроводов часто пользуются методом электрических аналогий При последовательном соединении n элементов вакуумной системы с известными проводимостями Ui общая проводимость системы (1)
При параллельном соединении n элементов вакуумной системы ее общая проводимость U равна сумме проводимостей всех элементов (2)
Для n последовательно соединенных элементов вакуумной системы формула принимает вид (3)
гдеP0i ndash вероятность прохождения молекулы через i-й элемент вакуумной системы
(коэффициент Клаузинга)P0 ndash суммарная вероятность прохождения частицы через n последовательно
соединенных элементов вакуумной системы
1
1 1n
iпосл iU U
1
n
пар ii
U U
10 0
1 11
n
i i
nP P
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
Связь проводимости вакуумопровода с представлением о степени вакуума
Низкий вакуум
Высокий вакуум
Средний вакуум
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы расчёта проводимости трубопровода Формулы расчёта проводимости трубопровода сложной формысложной формы трубопровод длинной (LgtlOd) может быть представлен цилиндрической трубой постоянного
диаметра его проводимость может быть определена (для воздуха М=29 Т=293 К молекулярный режим течения газа)
м3с-1 (1)гдеd- расчетный диаметр трубопровода окончательной откачки мрасчетная длина трубопровода окончательной откачки мНаличие клапана или затвора с таким же диаметром прохода учиты вается увеличением длины
L на величина (2-6) dсобственно вакуумпровод окончательной откачки который на расчетных схемах может быть представлен трубопроводом постоянного сечения если элементы конс трукций клапана откачного гнезда ловушки золотника не диафрагмируют этот трубопровод В общем виде суммарная проводимость трубопровода состоящего из последовательно соединенных проводимостью Ui
м3с-1 (2)
где m- количество последовательно соединенных участков трубопровода учитываемых при расчете
Суммарная проводимость трубопровода состоящего из параллельно соединенных участков (например в золотниковых машинах)
3с-1 (3)где n- количество параллельно соединенных участков Проводимость тонкой диафрагмы
(длина L0 определяется только ее площадью А
где Т- температура газа К М- молекулярный вес газа Кмоль Vi- объем газа ударяющегося
о единицу поверхности в единицу времени Vi=ll7 м3м-2с-1 (при М = 29 Т = 293 К)
Ud
L121
3
U
Uii
m
11
1
U Uii
n
1
UТ
М АV AД i
36 4
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Расчёт проводимости трубопровода Расчёт проводимости трубопровода сложной формысложной формыПроводимость трубопровода произвольной формы может быть найдена как U=UДK (4)
гдеUД- проводимость входного сечения рассматриваемого трубопровода
Чтобы рассчитать проводимость участков следующих за диафрагмой) необходимо ползоваться коэффициентом Клаузинга
гдеN- суммарное число молекул вошедших в трубопровод через впускное сечение
Nобр- число обратных молекул отраженных от стенок и вернув шихся через
впускное сечение
При откачке в молекулярно-вязкостном режиме течения газа проводимость трубопровода может определяться
UМВ=09UМ+UВ (5)
гдеUМВ UМ UВ- расчетная проводимость трубопровода в молекуляр-
но-вяэкостном молекулярном вязкостном режимах соответственно
Таблицы формул для расчёта проводимости трубопроводов для газа М=29 Т=293 К Приведены на последующих слайдах
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
NK обрN-N
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
1173
с
мSU
Проводимость отверстия (диафрагмы) произвольной формы
Проводимость трубопровода в виде щели
9732
2
с
м
M
T
l
abKUЩ
agtgtb l- длина
lb 01 02 04 08 1 2 5 10 gt10
0036 0068 013 022 026 04 067 09438ln(lb)
Формулы расчёта проводимости трубопроводов Формулы расчёта проводимости трубопроводов различного сеченияразличного сеченияФорма сечения трудопровода
Проводимость
длиной l м Молукулярный режим течения газа
Вязкостный режим течения газа (Рср- среднее давление в трубопроводе Па)
круг диаметром d
равносторонний треугольник со
стороной а
кольцонаруж диам d1внутр диам d2
прямоугольник со сторонами аb (ab)
U dl121
3
U P dlcp 1 36 103
4
U al48 1
3 U P a
lcp 2994
U
d d d d
l
121 1 2
2
1 2
U d dd d
dd
P
lcp
1 36 1031
42
4 12
22
1
2
ln
lba
baU
22
308
UfP ab
lcp
8653
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
71120
ссм
лAVAU ii
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависит от угла падения
В начале расчёта определяется проводимость впускной диафрагмы Uo рассчитываеиого нами трубопровода
где А [см2] ndash площадь диафрагмы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависящий от угла падения является случайной величиной подчиняющейся указанному laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и определяемой генератором случайных чисел
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
Пример чисел выдаваемых генератором случайных чисел подчиняющихся laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и характеризующих угол отражения от 0 до 180 0 с округлением значения до 100 (те чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ )
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Виды угловых распределений молекул по скоростям Слева- равномерное распределение Справа- распределение Кнудсена
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
Методика расчёта проводимости сложного вакуумопровода (laquoпрямопролётногоraquo клапана) методом Монте-Карло
Порядок расчёта проводимости сложного трубопровода
10 N
N
N
NKKUU ОБРПР
)1(0 N
NUU ОБР
Общее количество молекул равномерно распределенных по входной площади
11
n
ii
n
ii NNAN
A
ANN i
ПРi
Где i- количество элементарных площадок на которые
разбиваем входную диафрагму
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид в разрезе laquoугловогоraquo клапана КРУТ DY=40 Рассмотрим расчёт проводимости этого клапана методом МК в плоской ( 2D ) системе координат
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Исходная геометрическая схема для расчёта проводимости этого клапана КРУТ DY40 методом МК в 2D системе координат ( те без учёта 3х мерного движения молекул)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
22
21
22
21
2
1
2
1
4
4
D
D
D
D
A
A
S
S
21
22
11
212
D
DD
A
ASS РАСЧ
Схема поясняющая необходимость изменения размеров на плоском чертеже (2D схема) для учёта
3х координатного движения молекул
Истинное соотношение размеров
Соотношение размеров при графическом расчете на плоскости в 2D системе с учётом 3х координатного
движения молекул
Пример распределения чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ выдаваемых генератором случайных чисел (см следующие слайды)
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 1 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАГеометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 2 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 3 запуск 30 молекул
laquoобратныеraquo моле кулы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 4 запуск 10 молекул
Видны траектории laquoпрямыхraquo и laquoобратныхraquo молекул
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Далее рассмотрен расчёт проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
(Схема работы клапана создаваемого на каф МТ-11 представлена ниже)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Пример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло На рис представлены элементы модели использованные для расчёта суммарной проводимости плоского уплотненияслева- сегмент кольца покрытый сканами справа-трубопровод эквивалентный сегменту кольца (сектор кольца уплотнения с наложенными на него сканами)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Элементы процесса расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло В вакуумной технике для расчета проводимости сложных разветвленных трубопроводов часто пользуются методом электрических аналогий При последовательном соединении n элементов вакуумной системы с известными проводимостями Ui общая проводимость системы (1)
При параллельном соединении n элементов вакуумной системы ее общая проводимость U равна сумме проводимостей всех элементов (2)
Для n последовательно соединенных элементов вакуумной системы формула принимает вид (3)
гдеP0i ndash вероятность прохождения молекулы через i-й элемент вакуумной системы
(коэффициент Клаузинга)P0 ndash суммарная вероятность прохождения частицы через n последовательно
соединенных элементов вакуумной системы
1
1 1n
iпосл iU U
1
n
пар ii
U U
10 0
1 11
n
i i
nP P
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
Формулы расчёта проводимости трубопровода Формулы расчёта проводимости трубопровода сложной формысложной формы трубопровод длинной (LgtlOd) может быть представлен цилиндрической трубой постоянного
диаметра его проводимость может быть определена (для воздуха М=29 Т=293 К молекулярный режим течения газа)
м3с-1 (1)гдеd- расчетный диаметр трубопровода окончательной откачки мрасчетная длина трубопровода окончательной откачки мНаличие клапана или затвора с таким же диаметром прохода учиты вается увеличением длины
L на величина (2-6) dсобственно вакуумпровод окончательной откачки который на расчетных схемах может быть представлен трубопроводом постоянного сечения если элементы конс трукций клапана откачного гнезда ловушки золотника не диафрагмируют этот трубопровод В общем виде суммарная проводимость трубопровода состоящего из последовательно соединенных проводимостью Ui
м3с-1 (2)
где m- количество последовательно соединенных участков трубопровода учитываемых при расчете
Суммарная проводимость трубопровода состоящего из параллельно соединенных участков (например в золотниковых машинах)
3с-1 (3)где n- количество параллельно соединенных участков Проводимость тонкой диафрагмы
(длина L0 определяется только ее площадью А
где Т- температура газа К М- молекулярный вес газа Кмоль Vi- объем газа ударяющегося
о единицу поверхности в единицу времени Vi=ll7 м3м-2с-1 (при М = 29 Т = 293 К)
Ud
L121
3
U
Uii
m
11
1
U Uii
n
1
UТ
М АV AД i
36 4
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Расчёт проводимости трубопровода Расчёт проводимости трубопровода сложной формысложной формыПроводимость трубопровода произвольной формы может быть найдена как U=UДK (4)
гдеUД- проводимость входного сечения рассматриваемого трубопровода
Чтобы рассчитать проводимость участков следующих за диафрагмой) необходимо ползоваться коэффициентом Клаузинга
гдеN- суммарное число молекул вошедших в трубопровод через впускное сечение
Nобр- число обратных молекул отраженных от стенок и вернув шихся через
впускное сечение
При откачке в молекулярно-вязкостном режиме течения газа проводимость трубопровода может определяться
UМВ=09UМ+UВ (5)
гдеUМВ UМ UВ- расчетная проводимость трубопровода в молекуляр-
но-вяэкостном молекулярном вязкостном режимах соответственно
Таблицы формул для расчёта проводимости трубопроводов для газа М=29 Т=293 К Приведены на последующих слайдах
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
NK обрN-N
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
1173
с
мSU
Проводимость отверстия (диафрагмы) произвольной формы
Проводимость трубопровода в виде щели
9732
2
с
м
M
T
l
abKUЩ
agtgtb l- длина
lb 01 02 04 08 1 2 5 10 gt10
0036 0068 013 022 026 04 067 09438ln(lb)
Формулы расчёта проводимости трубопроводов Формулы расчёта проводимости трубопроводов различного сеченияразличного сеченияФорма сечения трудопровода
Проводимость
длиной l м Молукулярный режим течения газа
Вязкостный режим течения газа (Рср- среднее давление в трубопроводе Па)
круг диаметром d
равносторонний треугольник со
стороной а
кольцонаруж диам d1внутр диам d2
прямоугольник со сторонами аb (ab)
U dl121
3
U P dlcp 1 36 103
4
U al48 1
3 U P a
lcp 2994
U
d d d d
l
121 1 2
2
1 2
U d dd d
dd
P
lcp
1 36 1031
42
4 12
22
1
2
ln
lba
baU
22
308
UfP ab
lcp
8653
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
71120
ссм
лAVAU ii
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависит от угла падения
В начале расчёта определяется проводимость впускной диафрагмы Uo рассчитываеиого нами трубопровода
где А [см2] ndash площадь диафрагмы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависящий от угла падения является случайной величиной подчиняющейся указанному laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и определяемой генератором случайных чисел
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
Пример чисел выдаваемых генератором случайных чисел подчиняющихся laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и характеризующих угол отражения от 0 до 180 0 с округлением значения до 100 (те чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ )
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Виды угловых распределений молекул по скоростям Слева- равномерное распределение Справа- распределение Кнудсена
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
Методика расчёта проводимости сложного вакуумопровода (laquoпрямопролётногоraquo клапана) методом Монте-Карло
Порядок расчёта проводимости сложного трубопровода
10 N
N
N
NKKUU ОБРПР
)1(0 N
NUU ОБР
Общее количество молекул равномерно распределенных по входной площади
11
n
ii
n
ii NNAN
A
ANN i
ПРi
Где i- количество элементарных площадок на которые
разбиваем входную диафрагму
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид в разрезе laquoугловогоraquo клапана КРУТ DY=40 Рассмотрим расчёт проводимости этого клапана методом МК в плоской ( 2D ) системе координат
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Исходная геометрическая схема для расчёта проводимости этого клапана КРУТ DY40 методом МК в 2D системе координат ( те без учёта 3х мерного движения молекул)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
22
21
22
21
2
1
2
1
4
4
D
D
D
D
A
A
S
S
21
22
11
212
D
DD
A
ASS РАСЧ
Схема поясняющая необходимость изменения размеров на плоском чертеже (2D схема) для учёта
3х координатного движения молекул
Истинное соотношение размеров
Соотношение размеров при графическом расчете на плоскости в 2D системе с учётом 3х координатного
движения молекул
Пример распределения чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ выдаваемых генератором случайных чисел (см следующие слайды)
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 1 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАГеометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 2 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 3 запуск 30 молекул
laquoобратныеraquo моле кулы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 4 запуск 10 молекул
Видны траектории laquoпрямыхraquo и laquoобратныхraquo молекул
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Далее рассмотрен расчёт проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
(Схема работы клапана создаваемого на каф МТ-11 представлена ниже)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Пример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло На рис представлены элементы модели использованные для расчёта суммарной проводимости плоского уплотненияслева- сегмент кольца покрытый сканами справа-трубопровод эквивалентный сегменту кольца (сектор кольца уплотнения с наложенными на него сканами)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Элементы процесса расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло В вакуумной технике для расчета проводимости сложных разветвленных трубопроводов часто пользуются методом электрических аналогий При последовательном соединении n элементов вакуумной системы с известными проводимостями Ui общая проводимость системы (1)
При параллельном соединении n элементов вакуумной системы ее общая проводимость U равна сумме проводимостей всех элементов (2)
Для n последовательно соединенных элементов вакуумной системы формула принимает вид (3)
гдеP0i ndash вероятность прохождения молекулы через i-й элемент вакуумной системы
(коэффициент Клаузинга)P0 ndash суммарная вероятность прохождения частицы через n последовательно
соединенных элементов вакуумной системы
1
1 1n
iпосл iU U
1
n
пар ii
U U
10 0
1 11
n
i i
nP P
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
Расчёт проводимости трубопровода Расчёт проводимости трубопровода сложной формысложной формыПроводимость трубопровода произвольной формы может быть найдена как U=UДK (4)
гдеUД- проводимость входного сечения рассматриваемого трубопровода
Чтобы рассчитать проводимость участков следующих за диафрагмой) необходимо ползоваться коэффициентом Клаузинга
гдеN- суммарное число молекул вошедших в трубопровод через впускное сечение
Nобр- число обратных молекул отраженных от стенок и вернув шихся через
впускное сечение
При откачке в молекулярно-вязкостном режиме течения газа проводимость трубопровода может определяться
UМВ=09UМ+UВ (5)
гдеUМВ UМ UВ- расчетная проводимость трубопровода в молекуляр-
но-вяэкостном молекулярном вязкостном режимах соответственно
Таблицы формул для расчёта проводимости трубопроводов для газа М=29 Т=293 К Приведены на последующих слайдах
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
NK обрN-N
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
1173
с
мSU
Проводимость отверстия (диафрагмы) произвольной формы
Проводимость трубопровода в виде щели
9732
2
с
м
M
T
l
abKUЩ
agtgtb l- длина
lb 01 02 04 08 1 2 5 10 gt10
0036 0068 013 022 026 04 067 09438ln(lb)
Формулы расчёта проводимости трубопроводов Формулы расчёта проводимости трубопроводов различного сеченияразличного сеченияФорма сечения трудопровода
Проводимость
длиной l м Молукулярный режим течения газа
Вязкостный режим течения газа (Рср- среднее давление в трубопроводе Па)
круг диаметром d
равносторонний треугольник со
стороной а
кольцонаруж диам d1внутр диам d2
прямоугольник со сторонами аb (ab)
U dl121
3
U P dlcp 1 36 103
4
U al48 1
3 U P a
lcp 2994
U
d d d d
l
121 1 2
2
1 2
U d dd d
dd
P
lcp
1 36 1031
42
4 12
22
1
2
ln
lba
baU
22
308
UfP ab
lcp
8653
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
71120
ссм
лAVAU ii
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависит от угла падения
В начале расчёта определяется проводимость впускной диафрагмы Uo рассчитываеиого нами трубопровода
где А [см2] ndash площадь диафрагмы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависящий от угла падения является случайной величиной подчиняющейся указанному laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и определяемой генератором случайных чисел
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
Пример чисел выдаваемых генератором случайных чисел подчиняющихся laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и характеризующих угол отражения от 0 до 180 0 с округлением значения до 100 (те чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ )
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Виды угловых распределений молекул по скоростям Слева- равномерное распределение Справа- распределение Кнудсена
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
Методика расчёта проводимости сложного вакуумопровода (laquoпрямопролётногоraquo клапана) методом Монте-Карло
Порядок расчёта проводимости сложного трубопровода
10 N
N
N
NKKUU ОБРПР
)1(0 N
NUU ОБР
Общее количество молекул равномерно распределенных по входной площади
11
n
ii
n
ii NNAN
A
ANN i
ПРi
Где i- количество элементарных площадок на которые
разбиваем входную диафрагму
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид в разрезе laquoугловогоraquo клапана КРУТ DY=40 Рассмотрим расчёт проводимости этого клапана методом МК в плоской ( 2D ) системе координат
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Исходная геометрическая схема для расчёта проводимости этого клапана КРУТ DY40 методом МК в 2D системе координат ( те без учёта 3х мерного движения молекул)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
22
21
22
21
2
1
2
1
4
4
D
D
D
D
A
A
S
S
21
22
11
212
D
DD
A
ASS РАСЧ
Схема поясняющая необходимость изменения размеров на плоском чертеже (2D схема) для учёта
3х координатного движения молекул
Истинное соотношение размеров
Соотношение размеров при графическом расчете на плоскости в 2D системе с учётом 3х координатного
движения молекул
Пример распределения чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ выдаваемых генератором случайных чисел (см следующие слайды)
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 1 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАГеометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 2 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 3 запуск 30 молекул
laquoобратныеraquo моле кулы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 4 запуск 10 молекул
Видны траектории laquoпрямыхraquo и laquoобратныхraquo молекул
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Далее рассмотрен расчёт проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
(Схема работы клапана создаваемого на каф МТ-11 представлена ниже)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Пример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло На рис представлены элементы модели использованные для расчёта суммарной проводимости плоского уплотненияслева- сегмент кольца покрытый сканами справа-трубопровод эквивалентный сегменту кольца (сектор кольца уплотнения с наложенными на него сканами)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Элементы процесса расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло В вакуумной технике для расчета проводимости сложных разветвленных трубопроводов часто пользуются методом электрических аналогий При последовательном соединении n элементов вакуумной системы с известными проводимостями Ui общая проводимость системы (1)
При параллельном соединении n элементов вакуумной системы ее общая проводимость U равна сумме проводимостей всех элементов (2)
Для n последовательно соединенных элементов вакуумной системы формула принимает вид (3)
гдеP0i ndash вероятность прохождения молекулы через i-й элемент вакуумной системы
(коэффициент Клаузинга)P0 ndash суммарная вероятность прохождения частицы через n последовательно
соединенных элементов вакуумной системы
1
1 1n
iпосл iU U
1
n
пар ii
U U
10 0
1 11
n
i i
nP P
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
1173
с
мSU
Проводимость отверстия (диафрагмы) произвольной формы
Проводимость трубопровода в виде щели
9732
2
с
м
M
T
l
abKUЩ
agtgtb l- длина
lb 01 02 04 08 1 2 5 10 gt10
0036 0068 013 022 026 04 067 09438ln(lb)
Формулы расчёта проводимости трубопроводов Формулы расчёта проводимости трубопроводов различного сеченияразличного сеченияФорма сечения трудопровода
Проводимость
длиной l м Молукулярный режим течения газа
Вязкостный режим течения газа (Рср- среднее давление в трубопроводе Па)
круг диаметром d
равносторонний треугольник со
стороной а
кольцонаруж диам d1внутр диам d2
прямоугольник со сторонами аb (ab)
U dl121
3
U P dlcp 1 36 103
4
U al48 1
3 U P a
lcp 2994
U
d d d d
l
121 1 2
2
1 2
U d dd d
dd
P
lcp
1 36 1031
42
4 12
22
1
2
ln
lba
baU
22
308
UfP ab
lcp
8653
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
71120
ссм
лAVAU ii
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависит от угла падения
В начале расчёта определяется проводимость впускной диафрагмы Uo рассчитываеиого нами трубопровода
где А [см2] ndash площадь диафрагмы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависящий от угла падения является случайной величиной подчиняющейся указанному laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и определяемой генератором случайных чисел
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
Пример чисел выдаваемых генератором случайных чисел подчиняющихся laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и характеризующих угол отражения от 0 до 180 0 с округлением значения до 100 (те чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ )
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Виды угловых распределений молекул по скоростям Слева- равномерное распределение Справа- распределение Кнудсена
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
Методика расчёта проводимости сложного вакуумопровода (laquoпрямопролётногоraquo клапана) методом Монте-Карло
Порядок расчёта проводимости сложного трубопровода
10 N
N
N
NKKUU ОБРПР
)1(0 N
NUU ОБР
Общее количество молекул равномерно распределенных по входной площади
11
n
ii
n
ii NNAN
A
ANN i
ПРi
Где i- количество элементарных площадок на которые
разбиваем входную диафрагму
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид в разрезе laquoугловогоraquo клапана КРУТ DY=40 Рассмотрим расчёт проводимости этого клапана методом МК в плоской ( 2D ) системе координат
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Исходная геометрическая схема для расчёта проводимости этого клапана КРУТ DY40 методом МК в 2D системе координат ( те без учёта 3х мерного движения молекул)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
22
21
22
21
2
1
2
1
4
4
D
D
D
D
A
A
S
S
21
22
11
212
D
DD
A
ASS РАСЧ
Схема поясняющая необходимость изменения размеров на плоском чертеже (2D схема) для учёта
3х координатного движения молекул
Истинное соотношение размеров
Соотношение размеров при графическом расчете на плоскости в 2D системе с учётом 3х координатного
движения молекул
Пример распределения чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ выдаваемых генератором случайных чисел (см следующие слайды)
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 1 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАГеометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 2 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 3 запуск 30 молекул
laquoобратныеraquo моле кулы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 4 запуск 10 молекул
Видны траектории laquoпрямыхraquo и laquoобратныхraquo молекул
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Далее рассмотрен расчёт проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
(Схема работы клапана создаваемого на каф МТ-11 представлена ниже)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Пример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло На рис представлены элементы модели использованные для расчёта суммарной проводимости плоского уплотненияслева- сегмент кольца покрытый сканами справа-трубопровод эквивалентный сегменту кольца (сектор кольца уплотнения с наложенными на него сканами)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Элементы процесса расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло В вакуумной технике для расчета проводимости сложных разветвленных трубопроводов часто пользуются методом электрических аналогий При последовательном соединении n элементов вакуумной системы с известными проводимостями Ui общая проводимость системы (1)
При параллельном соединении n элементов вакуумной системы ее общая проводимость U равна сумме проводимостей всех элементов (2)
Для n последовательно соединенных элементов вакуумной системы формула принимает вид (3)
гдеP0i ndash вероятность прохождения молекулы через i-й элемент вакуумной системы
(коэффициент Клаузинга)P0 ndash суммарная вероятность прохождения частицы через n последовательно
соединенных элементов вакуумной системы
1
1 1n
iпосл iU U
1
n
пар ii
U U
10 0
1 11
n
i i
nP P
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
Формулы расчёта проводимости трубопроводов Формулы расчёта проводимости трубопроводов различного сеченияразличного сеченияФорма сечения трудопровода
Проводимость
длиной l м Молукулярный режим течения газа
Вязкостный режим течения газа (Рср- среднее давление в трубопроводе Па)
круг диаметром d
равносторонний треугольник со
стороной а
кольцонаруж диам d1внутр диам d2
прямоугольник со сторонами аb (ab)
U dl121
3
U P dlcp 1 36 103
4
U al48 1
3 U P a
lcp 2994
U
d d d d
l
121 1 2
2
1 2
U d dd d
dd
P
lcp
1 36 1031
42
4 12
22
1
2
ln
lba
baU
22
308
UfP ab
lcp
8653
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
71120
ссм
лAVAU ii
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависит от угла падения
В начале расчёта определяется проводимость впускной диафрагмы Uo рассчитываеиого нами трубопровода
где А [см2] ndash площадь диафрагмы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависящий от угла падения является случайной величиной подчиняющейся указанному laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и определяемой генератором случайных чисел
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
Пример чисел выдаваемых генератором случайных чисел подчиняющихся laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и характеризующих угол отражения от 0 до 180 0 с округлением значения до 100 (те чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ )
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Виды угловых распределений молекул по скоростям Слева- равномерное распределение Справа- распределение Кнудсена
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
Методика расчёта проводимости сложного вакуумопровода (laquoпрямопролётногоraquo клапана) методом Монте-Карло
Порядок расчёта проводимости сложного трубопровода
10 N
N
N
NKKUU ОБРПР
)1(0 N
NUU ОБР
Общее количество молекул равномерно распределенных по входной площади
11
n
ii
n
ii NNAN
A
ANN i
ПРi
Где i- количество элементарных площадок на которые
разбиваем входную диафрагму
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид в разрезе laquoугловогоraquo клапана КРУТ DY=40 Рассмотрим расчёт проводимости этого клапана методом МК в плоской ( 2D ) системе координат
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Исходная геометрическая схема для расчёта проводимости этого клапана КРУТ DY40 методом МК в 2D системе координат ( те без учёта 3х мерного движения молекул)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
22
21
22
21
2
1
2
1
4
4
D
D
D
D
A
A
S
S
21
22
11
212
D
DD
A
ASS РАСЧ
Схема поясняющая необходимость изменения размеров на плоском чертеже (2D схема) для учёта
3х координатного движения молекул
Истинное соотношение размеров
Соотношение размеров при графическом расчете на плоскости в 2D системе с учётом 3х координатного
движения молекул
Пример распределения чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ выдаваемых генератором случайных чисел (см следующие слайды)
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 1 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАГеометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 2 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 3 запуск 30 молекул
laquoобратныеraquo моле кулы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 4 запуск 10 молекул
Видны траектории laquoпрямыхraquo и laquoобратныхraquo молекул
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Далее рассмотрен расчёт проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
(Схема работы клапана создаваемого на каф МТ-11 представлена ниже)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Пример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло На рис представлены элементы модели использованные для расчёта суммарной проводимости плоского уплотненияслева- сегмент кольца покрытый сканами справа-трубопровод эквивалентный сегменту кольца (сектор кольца уплотнения с наложенными на него сканами)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Элементы процесса расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло В вакуумной технике для расчета проводимости сложных разветвленных трубопроводов часто пользуются методом электрических аналогий При последовательном соединении n элементов вакуумной системы с известными проводимостями Ui общая проводимость системы (1)
При параллельном соединении n элементов вакуумной системы ее общая проводимость U равна сумме проводимостей всех элементов (2)
Для n последовательно соединенных элементов вакуумной системы формула принимает вид (3)
гдеP0i ndash вероятность прохождения молекулы через i-й элемент вакуумной системы
(коэффициент Клаузинга)P0 ndash суммарная вероятность прохождения частицы через n последовательно
соединенных элементов вакуумной системы
1
1 1n
iпосл iU U
1
n
пар ii
U U
10 0
1 11
n
i i
nP P
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
71120
ссм
лAVAU ii
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависит от угла падения
В начале расчёта определяется проводимость впускной диафрагмы Uo рассчитываеиого нами трубопровода
где А [см2] ndash площадь диафрагмы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависящий от угла падения является случайной величиной подчиняющейся указанному laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и определяемой генератором случайных чисел
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
Пример чисел выдаваемых генератором случайных чисел подчиняющихся laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и характеризующих угол отражения от 0 до 180 0 с округлением значения до 100 (те чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ )
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Виды угловых распределений молекул по скоростям Слева- равномерное распределение Справа- распределение Кнудсена
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
Методика расчёта проводимости сложного вакуумопровода (laquoпрямопролётногоraquo клапана) методом Монте-Карло
Порядок расчёта проводимости сложного трубопровода
10 N
N
N
NKKUU ОБРПР
)1(0 N
NUU ОБР
Общее количество молекул равномерно распределенных по входной площади
11
n
ii
n
ii NNAN
A
ANN i
ПРi
Где i- количество элементарных площадок на которые
разбиваем входную диафрагму
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид в разрезе laquoугловогоraquo клапана КРУТ DY=40 Рассмотрим расчёт проводимости этого клапана методом МК в плоской ( 2D ) системе координат
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Исходная геометрическая схема для расчёта проводимости этого клапана КРУТ DY40 методом МК в 2D системе координат ( те без учёта 3х мерного движения молекул)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
22
21
22
21
2
1
2
1
4
4
D
D
D
D
A
A
S
S
21
22
11
212
D
DD
A
ASS РАСЧ
Схема поясняющая необходимость изменения размеров на плоском чертеже (2D схема) для учёта
3х координатного движения молекул
Истинное соотношение размеров
Соотношение размеров при графическом расчете на плоскости в 2D системе с учётом 3х координатного
движения молекул
Пример распределения чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ выдаваемых генератором случайных чисел (см следующие слайды)
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 1 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАГеометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 2 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 3 запуск 30 молекул
laquoобратныеraquo моле кулы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 4 запуск 10 молекул
Видны траектории laquoпрямыхraquo и laquoобратныхraquo молекул
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Далее рассмотрен расчёт проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
(Схема работы клапана создаваемого на каф МТ-11 представлена ниже)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Пример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло На рис представлены элементы модели использованные для расчёта суммарной проводимости плоского уплотненияслева- сегмент кольца покрытый сканами справа-трубопровод эквивалентный сегменту кольца (сектор кольца уплотнения с наложенными на него сканами)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Элементы процесса расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло В вакуумной технике для расчета проводимости сложных разветвленных трубопроводов часто пользуются методом электрических аналогий При последовательном соединении n элементов вакуумной системы с известными проводимостями Ui общая проводимость системы (1)
При параллельном соединении n элементов вакуумной системы ее общая проводимость U равна сумме проводимостей всех элементов (2)
Для n последовательно соединенных элементов вакуумной системы формула принимает вид (3)
гдеP0i ndash вероятность прохождения молекулы через i-й элемент вакуумной системы
(коэффициент Клаузинга)P0 ndash суммарная вероятность прохождения частицы через n последовательно
соединенных элементов вакуумной системы
1
1 1n
iпосл iU U
1
n
пар ii
U U
10 0
1 11
n
i i
nP P
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
Формулы предыдущих слайдов показывают необходимость создания универсального метода для расчёта проводимости сложных трубопроводов - метода пробных испытаний (Метода Монте- Карло)Моделирование поведения молекул подчиняется Закону Кнудсена
coscd
dNотр
cos N
отр Nd
dN
Молекулы при соударении с поверхностью задерживаются на ней на время τ поэтому угол отражения не зависящий от угла падения является случайной величиной подчиняющейся указанному laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и определяемой генератором случайных чисел
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
Пример чисел выдаваемых генератором случайных чисел подчиняющихся laquoКнудсеновскомуraquo закону распределения и характеризующих угол отражения от 0 до 180 0 с округлением значения до 100 (те чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ )
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Виды угловых распределений молекул по скоростям Слева- равномерное распределение Справа- распределение Кнудсена
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
Методика расчёта проводимости сложного вакуумопровода (laquoпрямопролётногоraquo клапана) методом Монте-Карло
Порядок расчёта проводимости сложного трубопровода
10 N
N
N
NKKUU ОБРПР
)1(0 N
NUU ОБР
Общее количество молекул равномерно распределенных по входной площади
11
n
ii
n
ii NNAN
A
ANN i
ПРi
Где i- количество элементарных площадок на которые
разбиваем входную диафрагму
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид в разрезе laquoугловогоraquo клапана КРУТ DY=40 Рассмотрим расчёт проводимости этого клапана методом МК в плоской ( 2D ) системе координат
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Исходная геометрическая схема для расчёта проводимости этого клапана КРУТ DY40 методом МК в 2D системе координат ( те без учёта 3х мерного движения молекул)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
22
21
22
21
2
1
2
1
4
4
D
D
D
D
A
A
S
S
21
22
11
212
D
DD
A
ASS РАСЧ
Схема поясняющая необходимость изменения размеров на плоском чертеже (2D схема) для учёта
3х координатного движения молекул
Истинное соотношение размеров
Соотношение размеров при графическом расчете на плоскости в 2D системе с учётом 3х координатного
движения молекул
Пример распределения чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ выдаваемых генератором случайных чисел (см следующие слайды)
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 1 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАГеометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 2 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 3 запуск 30 молекул
laquoобратныеraquo моле кулы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 4 запуск 10 молекул
Видны траектории laquoпрямыхraquo и laquoобратныхraquo молекул
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Далее рассмотрен расчёт проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
(Схема работы клапана создаваемого на каф МТ-11 представлена ниже)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Пример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло На рис представлены элементы модели использованные для расчёта суммарной проводимости плоского уплотненияслева- сегмент кольца покрытый сканами справа-трубопровод эквивалентный сегменту кольца (сектор кольца уплотнения с наложенными на него сканами)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Элементы процесса расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло В вакуумной технике для расчета проводимости сложных разветвленных трубопроводов часто пользуются методом электрических аналогий При последовательном соединении n элементов вакуумной системы с известными проводимостями Ui общая проводимость системы (1)
При параллельном соединении n элементов вакуумной системы ее общая проводимость U равна сумме проводимостей всех элементов (2)
Для n последовательно соединенных элементов вакуумной системы формула принимает вид (3)
гдеP0i ndash вероятность прохождения молекулы через i-й элемент вакуумной системы
(коэффициент Клаузинга)P0 ndash суммарная вероятность прохождения частицы через n последовательно
соединенных элементов вакуумной системы
1
1 1n
iпосл iU U
1
n
пар ii
U U
10 0
1 11
n
i i
nP P
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Виды угловых распределений молекул по скоростям Слева- равномерное распределение Справа- распределение Кнудсена
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
08
06
04
02
0
1
0f ( )
Методика расчёта проводимости сложного вакуумопровода (laquoпрямопролётногоraquo клапана) методом Монте-Карло
Порядок расчёта проводимости сложного трубопровода
10 N
N
N
NKKUU ОБРПР
)1(0 N
NUU ОБР
Общее количество молекул равномерно распределенных по входной площади
11
n
ii
n
ii NNAN
A
ANN i
ПРi
Где i- количество элементарных площадок на которые
разбиваем входную диафрагму
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид в разрезе laquoугловогоraquo клапана КРУТ DY=40 Рассмотрим расчёт проводимости этого клапана методом МК в плоской ( 2D ) системе координат
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Исходная геометрическая схема для расчёта проводимости этого клапана КРУТ DY40 методом МК в 2D системе координат ( те без учёта 3х мерного движения молекул)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
22
21
22
21
2
1
2
1
4
4
D
D
D
D
A
A
S
S
21
22
11
212
D
DD
A
ASS РАСЧ
Схема поясняющая необходимость изменения размеров на плоском чертеже (2D схема) для учёта
3х координатного движения молекул
Истинное соотношение размеров
Соотношение размеров при графическом расчете на плоскости в 2D системе с учётом 3х координатного
движения молекул
Пример распределения чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ выдаваемых генератором случайных чисел (см следующие слайды)
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 1 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАГеометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 2 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 3 запуск 30 молекул
laquoобратныеraquo моле кулы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 4 запуск 10 молекул
Видны траектории laquoпрямыхraquo и laquoобратныхraquo молекул
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Далее рассмотрен расчёт проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
(Схема работы клапана создаваемого на каф МТ-11 представлена ниже)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Пример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло На рис представлены элементы модели использованные для расчёта суммарной проводимости плоского уплотненияслева- сегмент кольца покрытый сканами справа-трубопровод эквивалентный сегменту кольца (сектор кольца уплотнения с наложенными на него сканами)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Элементы процесса расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло В вакуумной технике для расчета проводимости сложных разветвленных трубопроводов часто пользуются методом электрических аналогий При последовательном соединении n элементов вакуумной системы с известными проводимостями Ui общая проводимость системы (1)
При параллельном соединении n элементов вакуумной системы ее общая проводимость U равна сумме проводимостей всех элементов (2)
Для n последовательно соединенных элементов вакуумной системы формула принимает вид (3)
гдеP0i ndash вероятность прохождения молекулы через i-й элемент вакуумной системы
(коэффициент Клаузинга)P0 ndash суммарная вероятность прохождения частицы через n последовательно
соединенных элементов вакуумной системы
1
1 1n
iпосл iU U
1
n
пар ii
U U
10 0
1 11
n
i i
nP P
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
Методика расчёта проводимости сложного вакуумопровода (laquoпрямопролётногоraquo клапана) методом Монте-Карло
Порядок расчёта проводимости сложного трубопровода
10 N
N
N
NKKUU ОБРПР
)1(0 N
NUU ОБР
Общее количество молекул равномерно распределенных по входной площади
11
n
ii
n
ii NNAN
A
ANN i
ПРi
Где i- количество элементарных площадок на которые
разбиваем входную диафрагму
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид в разрезе laquoугловогоraquo клапана КРУТ DY=40 Рассмотрим расчёт проводимости этого клапана методом МК в плоской ( 2D ) системе координат
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Исходная геометрическая схема для расчёта проводимости этого клапана КРУТ DY40 методом МК в 2D системе координат ( те без учёта 3х мерного движения молекул)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
22
21
22
21
2
1
2
1
4
4
D
D
D
D
A
A
S
S
21
22
11
212
D
DD
A
ASS РАСЧ
Схема поясняющая необходимость изменения размеров на плоском чертеже (2D схема) для учёта
3х координатного движения молекул
Истинное соотношение размеров
Соотношение размеров при графическом расчете на плоскости в 2D системе с учётом 3х координатного
движения молекул
Пример распределения чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ выдаваемых генератором случайных чисел (см следующие слайды)
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 1 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАГеометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 2 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 3 запуск 30 молекул
laquoобратныеraquo моле кулы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 4 запуск 10 молекул
Видны траектории laquoпрямыхraquo и laquoобратныхraquo молекул
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Далее рассмотрен расчёт проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
(Схема работы клапана создаваемого на каф МТ-11 представлена ниже)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Пример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло На рис представлены элементы модели использованные для расчёта суммарной проводимости плоского уплотненияслева- сегмент кольца покрытый сканами справа-трубопровод эквивалентный сегменту кольца (сектор кольца уплотнения с наложенными на него сканами)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Элементы процесса расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло В вакуумной технике для расчета проводимости сложных разветвленных трубопроводов часто пользуются методом электрических аналогий При последовательном соединении n элементов вакуумной системы с известными проводимостями Ui общая проводимость системы (1)
При параллельном соединении n элементов вакуумной системы ее общая проводимость U равна сумме проводимостей всех элементов (2)
Для n последовательно соединенных элементов вакуумной системы формула принимает вид (3)
гдеP0i ndash вероятность прохождения молекулы через i-й элемент вакуумной системы
(коэффициент Клаузинга)P0 ndash суммарная вероятность прохождения частицы через n последовательно
соединенных элементов вакуумной системы
1
1 1n
iпосл iU U
1
n
пар ii
U U
10 0
1 11
n
i i
nP P
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид в разрезе laquoугловогоraquo клапана КРУТ DY=40 Рассмотрим расчёт проводимости этого клапана методом МК в плоской ( 2D ) системе координат
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Исходная геометрическая схема для расчёта проводимости этого клапана КРУТ DY40 методом МК в 2D системе координат ( те без учёта 3х мерного движения молекул)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
22
21
22
21
2
1
2
1
4
4
D
D
D
D
A
A
S
S
21
22
11
212
D
DD
A
ASS РАСЧ
Схема поясняющая необходимость изменения размеров на плоском чертеже (2D схема) для учёта
3х координатного движения молекул
Истинное соотношение размеров
Соотношение размеров при графическом расчете на плоскости в 2D системе с учётом 3х координатного
движения молекул
Пример распределения чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ выдаваемых генератором случайных чисел (см следующие слайды)
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 1 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАГеометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 2 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 3 запуск 30 молекул
laquoобратныеraquo моле кулы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 4 запуск 10 молекул
Видны траектории laquoпрямыхraquo и laquoобратныхraquo молекул
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Далее рассмотрен расчёт проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
(Схема работы клапана создаваемого на каф МТ-11 представлена ниже)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Пример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло На рис представлены элементы модели использованные для расчёта суммарной проводимости плоского уплотненияслева- сегмент кольца покрытый сканами справа-трубопровод эквивалентный сегменту кольца (сектор кольца уплотнения с наложенными на него сканами)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Элементы процесса расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло В вакуумной технике для расчета проводимости сложных разветвленных трубопроводов часто пользуются методом электрических аналогий При последовательном соединении n элементов вакуумной системы с известными проводимостями Ui общая проводимость системы (1)
При параллельном соединении n элементов вакуумной системы ее общая проводимость U равна сумме проводимостей всех элементов (2)
Для n последовательно соединенных элементов вакуумной системы формула принимает вид (3)
гдеP0i ndash вероятность прохождения молекулы через i-й элемент вакуумной системы
(коэффициент Клаузинга)P0 ndash суммарная вероятность прохождения частицы через n последовательно
соединенных элементов вакуумной системы
1
1 1n
iпосл iU U
1
n
пар ii
U U
10 0
1 11
n
i i
nP P
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Исходная геометрическая схема для расчёта проводимости этого клапана КРУТ DY40 методом МК в 2D системе координат ( те без учёта 3х мерного движения молекул)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
22
21
22
21
2
1
2
1
4
4
D
D
D
D
A
A
S
S
21
22
11
212
D
DD
A
ASS РАСЧ
Схема поясняющая необходимость изменения размеров на плоском чертеже (2D схема) для учёта
3х координатного движения молекул
Истинное соотношение размеров
Соотношение размеров при графическом расчете на плоскости в 2D системе с учётом 3х координатного
движения молекул
Пример распределения чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ выдаваемых генератором случайных чисел (см следующие слайды)
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 1 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАГеометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 2 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 3 запуск 30 молекул
laquoобратныеraquo моле кулы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 4 запуск 10 молекул
Видны траектории laquoпрямыхraquo и laquoобратныхraquo молекул
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Далее рассмотрен расчёт проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
(Схема работы клапана создаваемого на каф МТ-11 представлена ниже)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Пример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло На рис представлены элементы модели использованные для расчёта суммарной проводимости плоского уплотненияслева- сегмент кольца покрытый сканами справа-трубопровод эквивалентный сегменту кольца (сектор кольца уплотнения с наложенными на него сканами)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Элементы процесса расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло В вакуумной технике для расчета проводимости сложных разветвленных трубопроводов часто пользуются методом электрических аналогий При последовательном соединении n элементов вакуумной системы с известными проводимостями Ui общая проводимость системы (1)
При параллельном соединении n элементов вакуумной системы ее общая проводимость U равна сумме проводимостей всех элементов (2)
Для n последовательно соединенных элементов вакуумной системы формула принимает вид (3)
гдеP0i ndash вероятность прохождения молекулы через i-й элемент вакуумной системы
(коэффициент Клаузинга)P0 ndash суммарная вероятность прохождения частицы через n последовательно
соединенных элементов вакуумной системы
1
1 1n
iпосл iU U
1
n
пар ii
U U
10 0
1 11
n
i i
nP P
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
22
21
22
21
2
1
2
1
4
4
D
D
D
D
A
A
S
S
21
22
11
212
D
DD
A
ASS РАСЧ
Схема поясняющая необходимость изменения размеров на плоском чертеже (2D схема) для учёта
3х координатного движения молекул
Истинное соотношение размеров
Соотношение размеров при графическом расчете на плоскости в 2D системе с учётом 3х координатного
движения молекул
Пример распределения чисел от 1 до 17 с функцией распределения по закону cos φ выдаваемых генератором случайных чисел (см следующие слайды)
121013117
661587
15291116
14111263
10151479
6128812
5911149
1073411
1435158
4121138
162131014
417678
75867
9412912
6916133
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 1 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАГеометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 2 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 3 запуск 30 молекул
laquoобратныеraquo моле кулы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 4 запуск 10 молекул
Видны траектории laquoпрямыхraquo и laquoобратныхraquo молекул
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Далее рассмотрен расчёт проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
(Схема работы клапана создаваемого на каф МТ-11 представлена ниже)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Пример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло На рис представлены элементы модели использованные для расчёта суммарной проводимости плоского уплотненияслева- сегмент кольца покрытый сканами справа-трубопровод эквивалентный сегменту кольца (сектор кольца уплотнения с наложенными на него сканами)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Элементы процесса расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло В вакуумной технике для расчета проводимости сложных разветвленных трубопроводов часто пользуются методом электрических аналогий При последовательном соединении n элементов вакуумной системы с известными проводимостями Ui общая проводимость системы (1)
При параллельном соединении n элементов вакуумной системы ее общая проводимость U равна сумме проводимостей всех элементов (2)
Для n последовательно соединенных элементов вакуумной системы формула принимает вид (3)
гдеP0i ndash вероятность прохождения молекулы через i-й элемент вакуумной системы
(коэффициент Клаузинга)P0 ndash суммарная вероятность прохождения частицы через n последовательно
соединенных элементов вакуумной системы
1
1 1n
iпосл iU U
1
n
пар ii
U U
10 0
1 11
n
i i
nP P
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 1 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАГеометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 2 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 3 запуск 30 молекул
laquoобратныеraquo моле кулы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 4 запуск 10 молекул
Видны траектории laquoпрямыхraquo и laquoобратныхraquo молекул
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Далее рассмотрен расчёт проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
(Схема работы клапана создаваемого на каф МТ-11 представлена ниже)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Пример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло На рис представлены элементы модели использованные для расчёта суммарной проводимости плоского уплотненияслева- сегмент кольца покрытый сканами справа-трубопровод эквивалентный сегменту кольца (сектор кольца уплотнения с наложенными на него сканами)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Элементы процесса расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло В вакуумной технике для расчета проводимости сложных разветвленных трубопроводов часто пользуются методом электрических аналогий При последовательном соединении n элементов вакуумной системы с известными проводимостями Ui общая проводимость системы (1)
При параллельном соединении n элементов вакуумной системы ее общая проводимость U равна сумме проводимостей всех элементов (2)
Для n последовательно соединенных элементов вакуумной системы формула принимает вид (3)
гдеP0i ndash вероятность прохождения молекулы через i-й элемент вакуумной системы
(коэффициент Клаузинга)P0 ndash суммарная вероятность прохождения частицы через n последовательно
соединенных элементов вакуумной системы
1
1 1n
iпосл iU U
1
n
пар ii
U U
10 0
1 11
n
i i
nP P
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАГеометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 2 запуск 10 молекул
laquoВпускная диафрагмаraquo клапана
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 3 запуск 30 молекул
laquoобратныеraquo моле кулы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 4 запуск 10 молекул
Видны траектории laquoпрямыхraquo и laquoобратныхraquo молекул
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Далее рассмотрен расчёт проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
(Схема работы клапана создаваемого на каф МТ-11 представлена ниже)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Пример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло На рис представлены элементы модели использованные для расчёта суммарной проводимости плоского уплотненияслева- сегмент кольца покрытый сканами справа-трубопровод эквивалентный сегменту кольца (сектор кольца уплотнения с наложенными на него сканами)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Элементы процесса расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло В вакуумной технике для расчета проводимости сложных разветвленных трубопроводов часто пользуются методом электрических аналогий При последовательном соединении n элементов вакуумной системы с известными проводимостями Ui общая проводимость системы (1)
При параллельном соединении n элементов вакуумной системы ее общая проводимость U равна сумме проводимостей всех элементов (2)
Для n последовательно соединенных элементов вакуумной системы формула принимает вид (3)
гдеP0i ndash вероятность прохождения молекулы через i-й элемент вакуумной системы
(коэффициент Клаузинга)P0 ndash суммарная вероятность прохождения частицы через n последовательно
соединенных элементов вакуумной системы
1
1 1n
iпосл iU U
1
n
пар ii
U U
10 0
1 11
n
i i
nP P
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 3 запуск 30 молекул
laquoобратныеraquo моле кулы
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 4 запуск 10 молекул
Видны траектории laquoпрямыхraquo и laquoобратныхraquo молекул
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Далее рассмотрен расчёт проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
(Схема работы клапана создаваемого на каф МТ-11 представлена ниже)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Пример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло На рис представлены элементы модели использованные для расчёта суммарной проводимости плоского уплотненияслева- сегмент кольца покрытый сканами справа-трубопровод эквивалентный сегменту кольца (сектор кольца уплотнения с наложенными на него сканами)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Элементы процесса расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло В вакуумной технике для расчета проводимости сложных разветвленных трубопроводов часто пользуются методом электрических аналогий При последовательном соединении n элементов вакуумной системы с известными проводимостями Ui общая проводимость системы (1)
При параллельном соединении n элементов вакуумной системы ее общая проводимость U равна сумме проводимостей всех элементов (2)
Для n последовательно соединенных элементов вакуумной системы формула принимает вид (3)
гдеP0i ndash вероятность прохождения молекулы через i-й элемент вакуумной системы
(коэффициент Клаузинга)P0 ndash суммарная вероятность прохождения частицы через n последовательно
соединенных элементов вакуумной системы
1
1 1n
iпосл iU U
1
n
пар ii
U U
10 0
1 11
n
i i
nP P
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Геометрическая схема клапана КРУТ DY40 для расчёта его проводимости методом МК в 2D системе координат (На базе исходной с учётом 3х мерного движения молекул) 4 запуск 10 молекул
Видны траектории laquoпрямыхraquo и laquoобратныхraquo молекул
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Далее рассмотрен расчёт проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
(Схема работы клапана создаваемого на каф МТ-11 представлена ниже)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Пример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло На рис представлены элементы модели использованные для расчёта суммарной проводимости плоского уплотненияслева- сегмент кольца покрытый сканами справа-трубопровод эквивалентный сегменту кольца (сектор кольца уплотнения с наложенными на него сканами)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Элементы процесса расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло В вакуумной технике для расчета проводимости сложных разветвленных трубопроводов часто пользуются методом электрических аналогий При последовательном соединении n элементов вакуумной системы с известными проводимостями Ui общая проводимость системы (1)
При параллельном соединении n элементов вакуумной системы ее общая проводимость U равна сумме проводимостей всех элементов (2)
Для n последовательно соединенных элементов вакуумной системы формула принимает вид (3)
гдеP0i ndash вероятность прохождения молекулы через i-й элемент вакуумной системы
(коэффициент Клаузинга)P0 ndash суммарная вероятность прохождения частицы через n последовательно
соединенных элементов вакуумной системы
1
1 1n
iпосл iU U
1
n
пар ii
U U
10 0
1 11
n
i i
nP P
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Далее рассмотрен расчёт проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
(Схема работы клапана создаваемого на каф МТ-11 представлена ниже)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Пример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло На рис представлены элементы модели использованные для расчёта суммарной проводимости плоского уплотненияслева- сегмент кольца покрытый сканами справа-трубопровод эквивалентный сегменту кольца (сектор кольца уплотнения с наложенными на него сканами)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Элементы процесса расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло В вакуумной технике для расчета проводимости сложных разветвленных трубопроводов часто пользуются методом электрических аналогий При последовательном соединении n элементов вакуумной системы с известными проводимостями Ui общая проводимость системы (1)
При параллельном соединении n элементов вакуумной системы ее общая проводимость U равна сумме проводимостей всех элементов (2)
Для n последовательно соединенных элементов вакуумной системы формула принимает вид (3)
гдеP0i ndash вероятность прохождения молекулы через i-й элемент вакуумной системы
(коэффициент Клаузинга)P0 ndash суммарная вероятность прохождения частицы через n последовательно
соединенных элементов вакуумной системы
1
1 1n
iпосл iU U
1
n
пар ii
U U
10 0
1 11
n
i i
nP P
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Пример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло На рис представлены элементы модели использованные для расчёта суммарной проводимости плоского уплотненияслева- сегмент кольца покрытый сканами справа-трубопровод эквивалентный сегменту кольца (сектор кольца уплотнения с наложенными на него сканами)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Элементы процесса расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло В вакуумной технике для расчета проводимости сложных разветвленных трубопроводов часто пользуются методом электрических аналогий При последовательном соединении n элементов вакуумной системы с известными проводимостями Ui общая проводимость системы (1)
При параллельном соединении n элементов вакуумной системы ее общая проводимость U равна сумме проводимостей всех элементов (2)
Для n последовательно соединенных элементов вакуумной системы формула принимает вид (3)
гдеP0i ndash вероятность прохождения молекулы через i-й элемент вакуумной системы
(коэффициент Клаузинга)P0 ndash суммарная вероятность прохождения частицы через n последовательно
соединенных элементов вакуумной системы
1
1 1n
iпосл iU U
1
n
пар ii
U U
10 0
1 11
n
i i
nP P
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Элементы процесса расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло В вакуумной технике для расчета проводимости сложных разветвленных трубопроводов часто пользуются методом электрических аналогий При последовательном соединении n элементов вакуумной системы с известными проводимостями Ui общая проводимость системы (1)
При параллельном соединении n элементов вакуумной системы ее общая проводимость U равна сумме проводимостей всех элементов (2)
Для n последовательно соединенных элементов вакуумной системы формула принимает вид (3)
гдеP0i ndash вероятность прохождения молекулы через i-й элемент вакуумной системы
(коэффициент Клаузинга)P0 ndash суммарная вероятность прохождения частицы через n последовательно
соединенных элементов вакуумной системы
1
1 1n
iпосл iU U
1
n
пар ii
U U
10 0
1 11
n
i i
nP P
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Вид сканов поверхностей элементов уплотнения клапана а) кремния б) алюминия в) меди
а) 1969x1969mkmx249nm
б) 1969x1969mkmx4875nm
в) 5x5mkm x320nm
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Компьютерная реконструкция нанозазора в уплотнении между контактирующими поверхностями по сканам поверхностей тарели (нижняя поверхность) и седла (верхняя поверхность)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНА
Результаты расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло
Представлено изменение проводимости нанозазора U как функция изменения напряжения u электрического поля при различных значениях нормальной силы
F 1 ndash 476 Н 2 ndash 493 Н 3 ndash 526 Н 4 ndash 594 Н 5 ndash 610 Н 6 ndash 627 Н 7 ndash 644 Н
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ НЭ БАУМАНАПример расчёта проводимости нанозазора поляризационного клапана методом Монте-Карло выполненный МВКосинским (разработка группы laquoПрецизионный вакуумный приводraquo каф МТ-11)