کلمات کلیدی:خلأ، پمپ توربومولکولی، شبیه‌سازی، پره روتور، تحلیل تنش و کرنش، دیسک حلقه‌ای دوار، پروفیلفهرست مطالب1- فصل اول: مقدمه11-1- تعریف مسأله21-2- ضرورت و اهمیت مطالعه تکنولوژی سیستم‌های خلأ41-2-1- ويژگي‌هايفناوريسيستم‌هايخلأ41-3- معرفی تکنولوژی خلأ51-3-1- تعریف خلأ یا وکیوم61-3-2- کاربردهای خلأ و فرايندهايمتداول تحت سیستم‌های خلأ61-3-2-1- کاربرد خلأ در صنایع91-3-3- اصطلاحات مورد استفاده در فیزیک خلأ101-3-3-1- واحد‌هايخلأسنجی111-3-3-2- مسیر یا پويش آزاد ميانگين121-3-3-3- اعداد بیبعد رینولدز و نادسن131-3-3-4- نسبت تراکم پمپ141-3-3-5- سرعت پمپاژ141-3-3-6- ظرفیت پمپاژ141-3-3-7- نشت151-3-4- تقسیم‌بندی خلأ به نواحی مختلف بر اساس محدوده فشار151-3-5- رژیم‌های مختلف جریان گازی161-3-5-1- جریان پیوسته یا لزج171-3-5-2- جریان لغزشی یا انتقالی یا نادسن181-3-5-3- جریان مولکولی191-4- انواع پمپ‌های خلأ و کاربردهای آن‌ها211-4-1- پمپ‌هاي ايده‌آل221-4-2- پمپ‌هاي واقعي221-4-3- انواع پمپ‌هاي خلأ251-4-3-1- پمپ‌هاي ايجاد كنندة خلأ كم و متوسط261-4-3-2- پمپ‌هاي ايجاد كنندة خلأ بالا و فوق بالا261-5- پمپ توربومولکولی محوری321-5-1- ضرورت مطالعه پمپ توربومولکولی محوری341-6- پيشينه پژوهش371-7- اهداف تحقيق حاضر421-8- رئوس مطالب تحقيق431-9- نکات منحصر به فرد پایان‌نامه452-فصل دوم: بررسی جریان سیال در پمپ توربومولکولی محوری2-1- مبانی تئوری جریان مولکولی2-1-1- انواع مدل‌های ریاضی جهت بررسی جریان در پمپ توربومولکولی2-1-2- تاریخچه کاربرد روش مونت کارلو2-1-3- حل مستقیم جریان مولکولی به روش مونت کارلو2-1-4- حل مستقیم جریان مولکولی به روش ذره نمونه مونت کارلو2-1-5- برخورد مولکول‌های گاز در حال تعادل با سطح جامد2-1-6- بررسی اثر دو مشخصه مهم پمپ توربومولکولی2-1-7- بررسی اثر سرعت و زاویه پره بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری2-2- بررسی اثر نشتی بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری2-3- بررسی اثر تغییر زاویه گوه پره بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری در مقایسه با پره‌های موازی2-4- بررسی اثر ارتفاع پره بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری2-5- بررسی اثر فاصله دو پره به وتر پره بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری2-6- بررسی اثر لقی بین روتور و استاتور بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری2-7- بررسی تاثیر پروفیل بدنه پره روتور بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری2-8- بررسی افزایش عملکرد پمپ توربومولکولی محوری با ترکیب پمپ مولکولی درگ2-9- بررسی و مقایسه عملکرد چند پمپ تجاری توربومولکولی2-10-نتیجه‌گیری2-11-ساختار و نحوه چینش پره‌های پمپ توربومولکولی محوری3- فصل سوم: شبیه‌سازی دوبعدی دیسک و سه‌بعدی پره‌های پمپ توربومولکولی محوری3-1- روش‌های حل عددیError! Bookmark not defined.3-1-1- روش تفاضل محدود3-1-2- روش المان محدود3-1-3- روش المان مرزی3-2- معرفی برنامه انسیس ورک بنچ3-3- حل تحلیلی و عددی دو بعدی دیسک حلقه‌ای دوار3-3-1- مبانی نظری و استخراج معادلات با فرض الاستیسیته مسأله3-3-2- ویرایش و اصلاح معادلات استخراجی از حل الاستیسیته3-3-2-1- معادلات اصلاحی ویرایش شده3-3-2-2- نتایج معادلات اصلاحی دیسک حلقه‌ای در سرعت چرخش 18000 دور بر دقیقه3-3-2-3- نتایج معادلات اصلاحی دیسک حلقه‌ای در سرعت چرخش 250000 دور بر دقیقه3-3-3- بررسی تاثیر سرعت زاویه‌ای بر حداکثر جابه‌جایی، تنش دیسک حلقه‌ای دوار3-3-4- حداکثر سرعت زاویه‌ای مجاز دیسک حلقه‌ای دوار3-4- حل تحلیلی و عددی دو بعدی، دو دیسک حلقه‌ای دوار متصل به هم3-5- حل عددی سه بعدی دیسک و پره‌های روتور پمپ توربومولکولیError! Bookmark not defined.3-5-1- تاثیر پارامترهای آیروالاستیسیته بر پره‌های پمپ توربومولکولی محوری3-5-2- بررسی پدیده خزش در پره‌های روتور پمپ توربومولکولی3-5-3- مدل و ابعاد پره‌های روتور پمپ توربومولکولی محوریError! Bookmark not defined.3-5-4- فرضیات مسالهError! Bookmark not defined.3-5-5- مقایسه نتایج شبیه‌سازی یک ردیف کامل پره با یک پره با شرط پریودیک و شرط تکیه‌گاه بدون اصطکاکError! Bookmark not defined.3-5-6- مقایسه نتایج حاصل از شبیه‌سازی پره ردیف‌های مختلف روتور پمپ توربومولکولی محوری3-5-7- تاثیر ضخامت پره بر نتایج شبیه‌سازی یک ردیف پره روتور پمپ توربومولکولی محوریError! Bookmark not defined.3-5-8- تاثیر ارتفاع پره بر نتایج شبیه‌سازی یک ردیف پره پمپ توربومولکولی محوریError! Bookmark not defined.3-5-9- تاثیر پروفیل‌های مختلف پره بر نتایج شبیه‌سازی پره روتور پمپ توربومولکولی محوریError! Bookmark not defined.3-5-10- بررسی نتایج حاصل از شبیه‌سازی پره روتور پمپ توربومولکولی محوری ساخته شده از دو جنس متفاوت4-فصل چهارم: اعتبارسنجی و صحت‌سنجی نتایج474-1- اعتبارسنجی تحلیل استاتیکی خطی با فرض تغیییر شکل کوچک484-1-1- تحلیل استاتیکی خطی تیر دو سر گیردار484-2- اعتبارسنجی تحلیل استاتیکی غیر خطی با فرض تغییر شکل بزرگ504-2-1- تحلیل استاتیکی غیر خطی صفحه دایروی تحت فشار یکنواخت504-2-2- تحلیل استاتیکی غیر خطی صفحه یک سرگیردار514-3- بررسی عدم وابستگی نتایج شبیه‌سازی پره روتور پمپ توربومولکولی محوری به مش534-4- بررسی تغییرات ماکزیمم تنش ون مایزز و تغییر شکل کلی با سرعت چرخش روتور565-نتیجه‌گیری و پیشنهادات585-1- نتیجه‌گیری595-2- پیشنهادات606- منابع و مراجع62پیوست (مقالات) 1-1- تعریف مسألهامروزهسيستمهايوكيومياخلأدرصنايعمختلف كاربردزياديپيداكردهاست.محيط‌هايخلأدوويژگياساسيدارند. اولینويژگي این است کهمحيطيتميزباقابليتكنترلعواملناخواستهكهبرايانجام فرايندهايخاص فیزیکی و شیمیاییبهمحيط‌هايويژهنيازدارند، راايجاد می‌کندوديگر اینکهتغييراتاساسيدرخواصفيزيكيموادنظيركاهشنقطهذوبو تبخيررا موجب می‌شود.ايندوويژگيكليدانجامبسياري از فرايندهايعلميدرمحيطخلأمي‌باشند.ازسويديگر،خلأشرايطجوزمينرانيز شبيه‌سازيمي‌كند.اينامرامكانانجامآزمايش‌هایبسياريكهبرايسفرهايفضاييحياتياستوانجامآندرداخلجوزمينممكن نيست رادررويزمينميسرمي‌نمايد. امروزهبااستفادهازويژگي‌هايفوقفرايندهايبسياريدرمحيطخلأانجاممي‌شوندوامكان توليدبسياريازمحصولاتبافناوريبالافراهمشدهاست. خلأدرپيشرفتصنايعالكترونيك،شيميايي،پزشكي، دارو‌سازي،صنایع غذايي،متالوژي و خودرونقشعمده‌ايراايفامي‌كند. موارديكهدرزندگيروزانهكاربردهايوسيعيدارند، نظيرسلولهايخورشيدي،قطعاتنيمه‌هادي‌ها نظیر حسگرها و آی سی‌ها،شيشه‌هايعايقحرارتي،بسياريازابزارهايمكانيكي برشيبامقاومتسطحيبالا،عينك‌هايطبی و آفتابی،ضدعفونيمحصولاتكشاورزي،توليدموادشيميايي، بازرسيجوش، توليدديسك‌هاي فشرده كامپيوتري،ساختكامپوزيت‌ها،ساختبدنهيخچال، تعميرسيستم‌هايسردكننده،تعويضروغن اتومبيل تنهانمونه‌هاييازكاربردهايوسيعخلأمي‌باشند. علاوهبراينخلأ نقشمهميدرحوزه‌هايتحقيقوتوسعهوتكنولوژيزيستيايفا مي‌كند،بهگونه‌ايكهاينفناوريرامي‌توانكليد دستيابيبهحوزهفناوري‌هايميكروونانوقلمداد نمود.باتوجهبهكاربردهايوسيعوكليديفناوريخلأدرزمينه‌هايمختلفعلوموصنايع،ضرورياستتااقداماتگستردهو نظام‌منديدرجهتبومي‌سازياينفناوريدركشورانجامپذيرد. دراينراستا،يكيازراهبردهاياصلي،گسترشتحقيقوتوسعه برايطراحيوساختسيستم‌هاوتجهيزاتمربوط به این فناوریمي‌باشد.درسال‌هاياخيرتوجهبهفناوريخلأدركشوربهتدريجاهميتخودرابهدستآوردهاست. فناوري خلأ بالا، امروزه کاربرد بسياري در صنعت داشته و در اکثر زمينه‌ها نقش موثري را ايفا مي‌نمايد. دستيابي به دانش طراحی و ساخت تجهيزات خلأ بالا امروزه يکي از دستاوردهاي مهم و پر اهمیت هر کشور به‌شمار مي‌آيد. وظيفه اصلي در ايجاد محيط خلأ بر عهده انواع پمپ‌هاي توليدکننده خلأ مي‌باشد. در اين پايان‌نامه نيز هدف، بررسی گوشه‌اي از دنياي وسيع طراحی تجهيزات خلأ یعنی پمپ‌های توربومولکولی محوری مي‌باشد.پمپ توربومولکولی محوری قادر به ایجاد خلأ بسیار بالا تا فشار (10-10) پاسکال می‌باشد. در فناوری خلأ این پمپ به دلایل متعددی چون تمیز بودن، سازگاری، راه اندازی سریع پمپ، قابلیت پیش‌بینی خلأ تولید شونده، سادگی عملیات و درجهبالاي اعتبار از بعد عملیاتی، به طور گسترده در تولید خلأ بالا و خیلی بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد.بنابر کاربرد وسیع فناوری خلأ در توسعه تکنولوژی و پیشبرد اهداف پژوهشی- صنعتی و نقش ویژه پمپ‌های توربومولکولی در ایجاد خلأ بالا، شبیه‌سازی پره‌های پمپ توربومولکولی و افزایش عملکرد آن، امکان دستیابی به محدوده خلأ بالاتری را موجب خواهد شد. بنابراین در این پایان‌نامه تحلیل و شبیه‌سازی عددی پره‌های روتور پمپ توربومولکولی محوری به عنوان هدف اصلی مد نظر بوده است. در این راستا تأثیر پارامترهای هندسی گوناگون مانند ارتفاع، ضخامت اثرات پروفیل پره، در حین شبیه‌سازی مورد مطالعه قرار گرفته است. شایان ذکر است حداکثر نسبت تراکم، حداکثر سرعت بیبعد، حداکثر تغییر شکل پره[1] و حداکثر تنش ون‌مایزز ناشی از اثرات گریز از مرکز، تأثیرگذار اصلی بر عملکرد پمپ توربومولکولی می‌باشند. با توجه به موارد مذکور، سعی بر یافتن شرایط بهینه برای نیل به ماکزیمم راندمان شده است.دريكدسته‌بنديكلان،سيستم‌هايخلأ،زيرمجموعهماشين‌آلاتتلقيمي‌شوند. هنگاميكهاز فناوريسيستم‌هايخلأنام برده می‌شود،منظور توانايي طراحي،ساخت،توسعه،به كارگيريو تعمير ونگهداريدرستاينگروهازماشين‌آلاتاست. در این بخش ضرورت و اهمیت مطالعه فناوری خلأ، همچنین جایگاه و ارتباط این فناوری با فناوری‌های دیگر، وضعیت جهانی و موقعیت این فناوری در ایران مورد بررسی قرار خواهد گرفت.