فهرست:
صفحه تصویب‌نامه الف
گواهی صحت و اصالت پایان نامه و مجوز بهره برداری ب
1- فصل اول: مقدمه 1
1-1- تعریف مسأله 2
1-2- ضرورت و اهمیت مطالعه تکنولوژی سیستم‌های خلأ 4
1-2-1- ویژگی‌های فناوری سیستم‌های خلأ 4
1-3- معرفی تکنولوژی خلأ 5
1-3-1- تعریف خلأ یا وکیوم 6
1-3-2- کاربردهای خلأ و فرایندهای متداول تحت سیستم‌های خلأ 6
1-3-2-1- کاربرد خلأ در صنایع 9
1-3-3- اصطلاحات مورد استفاده در فیزیک خلأ 10
1-3-3-1- واحد‌های خلأسنجی 11
1-3-3-2- مسیر یا پویش آزاد میانگین 12
1-3-3-3- اعداد بیبعد رینولدز و نادسن 13
1-3-3-4- نسبت تراکم پمپ 14
1-3-3-5- سرعت پمپاژ 14
1-3-3-6- ظرفیت پمپاژ 14
1-3-3-7- نشت 15
1-3-4- تقسیم‌بندی خلأ به نواحی مختلف بر اساس محدوده فشار 15
1-3-5- رژیم‌های مختلف جریان گازی 16
1-3-5-1- جریان پیوسته یا لزج 17
1-3-5-2- جریان لغزشی یا انتقالی یا نادسن 18
1-3-5-3- جریان مولکولی 19
1-4- انواع پمپ‌های خلأ و کاربردهای آنها 21
1-4-1- پمپ‌های ایده‌آل 22
1-4-2- پمپ‌های واقعی 22
1-4-3- انواع پمپ‌های خلأ 25
1-4-3-1- پمپ‌های ایجاد کننده خلأ کم و متوسط 26
1-4-3-2- پمپ‌های ایجاد کننده خلأ بالا و فوق بالا 26
1-5- پمپ توربومولکولی محوری 32
1-5-1- ضرورت مطالعه پمپ توربومولکولی محوری 34
1-6- پیشینه پژوهش 37
1-7- اهداف تحقیق حاضر 42
1-8- رئوس مطالب تحقیق 43
1-9- نکات منحصر به فرد پایاننامه 45
2- فصل دوم: بررسی جریان سیال در پمپ توربومولکولی محوری
2-1- مبانی تئوری جریان مولکولی
2-1-1- انواع مدل‌های ریاضی جهت بررسی جریان در پمپ توربومولکولی
2-1-2- تاریخچه کاربرد روش مونت کارلو
2-1-3- حل مستقیم جریان مولکولی به روش مونت کارلو
2-1-4- حل مستقیم جریان مولکولی به روش ذره نمونه مونت کارلو
2-1-5- برخورد مولکول‌های گاز در حال تعادل با سطح جامد
2-1-6- بررسی اثر دو مشخصه مهم پمپ توربومولکولی
2-1-7- بررسی اثر سرعت و زاویه پره بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری
2-2- بررسی اثر نشتی بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری
2-3- بررسی اثر تغییر زاویه گوه پره بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری در مقایسه با پره‌های موازی
2-4- بررسی اثر ارتفاع پره بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری
2-5- بررسی اثر فاصله دو پره به وتر پره بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری
2-6- بررسی اثر لقی بین روتور و استاتور بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری
2-7- بررسی تاثیر پروفیل بدنه پره روتور بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری
2-8- بررسی افزایش عملکرد پمپ توربومولکولی محوری با ترکیب پمپ مولکولی درگ
2-9- بررسی و مقایسه عملکرد چند پمپ تجاری توربومولکولی
2-10-نتیجه‌گیری
2-11-ساختار و نحوه چینش پره‌های پمپ توربومولکولی محوری
3- فصل سوم: شبیه‌سازی دوبعدی دیسک و سه‌بعدی پره‌های پمپ توربومولکولی محوری
3-1- روشهای حل عددی Error! Bookmark not defined.
3-1-1- روش تفاضل محدود
3-1-2- روش المان محدود
3-1-3- روش المان مرزی
3-2- معرفی برنامه انسیس ورک بنچ
3-3- حل تحلیلی و عددی دو بعدی دیسک حلقه‌ای دوار
3-3-1- مبانی نظری و استخراج معادلات با فرض الاستیسیته مسأله
3-3-2- ویرایش و اصلاح معادلات استخراجی از حل الاستیسیته
3-3-2-1- معادلات اصلاحی ویرایش شده
3-3-2-2- نتایج معادلات اصلاحی دیسک حلقه‌ای در سرعت چرخش 18000 دور بر دقیقه
3-3-2-3- نتایج معادلات اصلاحی دیسک حلقه‌ای در سرعت چرخش 250000 دور بر دقیقه
3-3-3- بررسی تاثیر سرعت زاویه‌ای بر حداکثر جابه‌جایی، تنش دیسک حلقه‌ای دوار
3-3-4- حداکثر سرعت زاویه‌ای مجاز دیسک حلقه‌ای دوار
3-4- حل تحلیلی و عددی دو بعدی، دو دیسک حلقه‌ای دوار متصل به هم
3-5- حل عددی سه بعدی دیسک و پره‌های روتور پمپ توربومولکولی Error! Bookmark not defined.
3-5-1- تاثیر پارامترهای آیروالاستیسیته بر پره‌های پمپ توربومولکولی محوری
3-5-2- بررسی پدیده خزش در پره‌های روتور پمپ توربومولکولی
3-5-3- مدل و ابعاد پره‌های روتور پمپ توربومولکولی محوری Error! Bookmark not defined.
3-5-4- فرضیات مساله Error! Bookmark not defined.
3-5-5- مقایسه نتایج شبیه‌سازی یک ردیف کامل پره با یک پره با شرط پریودیک و شرط تکیه‌گاه بدون اصطکاک Error! Bookmark not defined.
3-5-6- مقایسه نتایج حاصل از شبیه‌سازی پره ردیف‌های مختلف روتور پمپ توربومولکولی محوری
3-5-7- تاثیر ضخامت پره بر نتایج شبیه‌سازی یک ردیف پره روتور پمپ توربومولکولی محوری Error! Bookmark not defined.
3-5-8- تاثیر ارتفاع پره بر نتایج شبیه‌سازی یک ردیف پره پمپ توربومولکولی محوری Error! Bookmark not defined.
3-5-9- تاثیر پروفیل‌های مختلف پره بر نتایج شبیه‌سازی پره روتور پمپ توربومولکولی محوری Error! Bookmark not defined.
3-5-10- بررسی نتایج حاصل از شبیه‌سازی پره روتور پمپ توربومولکولی محوری ساخته شده از دو جنس متفاوت....
4- فصل چهارم: اعتبارسنجی و صحت‌سنجی نتایج 47
4-1- اعتبارسنجی تحلیل استاتیکی خطی با فرض تغیییر شکل کوچک 48
4-1-1- تحلیل استاتیکی خطی تیر دو سر گیردار 48
4-2- اعتبارسنجی تحلیل استاتیکی غیر خطی با فرض تغییر شکل بزرگ 50
4-2-1- تحلیل استاتیکی غیر خطی صفحه دایروی تحت فشار یکنواخت 50
4-2-2- تحلیل استاتیکی غیر خطی صفحه یک سرگیردار 51
4-3- بررسی عدم وابستگی نتایج شبیه‌سازی پره روتور پمپ توربومولکولی محوری به مش 53
4-4- بررسی تغییرات ماکزیمم تنش ون مایزز و تغییر شکل کلی با سرعت چرخش روتور 56
5- نتیجه‌گیری و پیشنهادات 58
5-1- نتیجه‌گیری 59
5-2- پیشنهادات 60
6- منابع و مراجع 62
پیوست (مقالات)
منبع:
طبائیان، سید کمال،1376 ، "تکنولوژی، تعارف و برداشتها" دفتر مطالعات مؤسسه آموزشی و تحقیقاتی صنایع دفاعی، گزارش شماره 76,2,4.
Pfeiffer Vacuum Annual report, 2006.
Ulvac, Inc Annual report, 2005.
Varian Inc. Annual report, 2006.
سند چشم‌انداز جمهوری اسلامی ایران و قانون برنامه چهارم توسعه فرهنگی، اقتصادی و اجتماعی، سازمان مدیریت.
Burfoot, D., Hayden, R., & Badran, R. (1989). Simulation of a pressure cook/water and vacuum cooled rocessing system. In R. W. Field, & J. Howell (Eds.), Process engineering in the food industry developments and opportunities (pp. 27–41). London: Elsevier Applied Science.
اولویتهای ملی تحقیق و توسعه در زمینه تجهیزات و سیستم‌های خلأ بالا، سومین کنفرانس ملی خلأ ایران، دانشگاه صنعتی شریف.
Becker W. Eine neue Molekula-pump. Vacuum Technik, Jahrgang 7, 149, Heft 7, Proceedings of the First nternational Vacuum Congress. Namur, 1958..
Kruger CH, Shapiro AH.The axial-flow compressor in the free-molecule range.Proceedin gs of the Second International Symposium on Rarefied Gas Dynamics.New York: Academic Press; 1961, p.117–40.
Kruger CH, Ph.D. Thesis, Massachusetts Institute of Technology; 1960..
Hablanian M. In: Thomas E, editor. Proceedings of the first international vacuum Congr Namur. Pergamon; 1960..
German Patent No. 1,015,573 (September,1957..
Finol, H. J., "study of Free Molecule Flow Through a Cascade", S.M. Thesis, Dep. of Mech. eng., Mass Inst. Technology, Cambridge, Massachusette, 1958..
Sawada T, et al.The axial flow molecular pump, 1st report. Inst Phys Chem (Japan) 1968;62(2):49–64..
Sawada T, et al.The axial flow molecular pump, 2nd report. Bull JSME 1971;14(67):48–57..
Sawada T, Taniguchi O.The axial flow molecular pump, 3rd report.Bull JSME 1973;16(92):312–8..
Iida, S. and Kimura, O. (1974) In Proceedings of 6th International Vacuum Congress, Kyoto, Japan, March 25–29..
Dabiri, A.E., "Effect of Rotor Clearance on Pressure Ratio and Pumping Speed of Molecular Pump", AIAA Journal, Vol. 15, No. 11, pp. 1537-8, Nov. 1977..
Chu JG, Hua ZY.The Statistical theory of turbomolecular pumps.J Vac Sci Techol A 1982;20(4):1101–4..
Katsimichas S, et al.General geometry calculations of onestage molecular flow transmission probabilities for turbomolecular pumps.J Vac Sci Techol A 1995;13(6):2954–61..
Schneider TN, Katsimichas S, de Oliveira CRE, Goddard AJH. J Vac Sci Technol A 1998;16:175..
Heo JS, Hang YK. DSMC calculations of blade rows of a turbomolecular pump in the molecular and transition flow regions. Vacuum 2000;56:133-42..
Skovorodko PA.The topology of molecular flow in axial compressor.Proceedings of the 47th AVS International Symposium on Vacuum, Thin Films, Surfaces/Interfaces and Processing, Boston, USA, October 2000. pp. 155..
Chang Y-W, Jou R-Y. Direct simulation of pumping characteristics in a fully 3D model ofa single-stage turbomolecular pump.AppSurf Sci 2001;169e170:772-6..
Amoli A, et al. Some features of molecular flowin a rotor–stator roww ith real topology. Vacuum 2004; 72 (4) :427–38..
Amoli A, Hosseinalipour SM. A continuum model for pumping performance of turbomolecular pumps in all flow regimes. Vacuum 2004;75:361-6..
Wang S, Ninokata H. A three-dimensional DSMC simulation of single-stage turbomolecular pump adopting accurate intermolecular collisions models. J Fluid Sci Technol 2006;1(2):58e71..
Wang, S., et al., "Numerical Study of a Single blade Row in Turbomolecular Pump", Journal of Vacuum., Vol. 83, pp. 1106- 1117, 2009..
حسین شکوهمند، سید محمد تقوی و نوید پیرزای خبازی، 1386، بررسی اثر عدم تعادل گرمایی و ضریب تطبیق گرمایی بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری، پانزدهمین کنفرانس بین‌المللی مهندسی مکانیک ایران (ISME2007).
Versluis R, et al., “Numerical Investigation of Turbomolecular Pumps Using the Direct Simulation Monte Carlo Method With Moving Surfaces”. J Vac Sci Technol A, 27(3): 543-547, 2009..
M. Shams and M. Taghavi, et al., “Mathematical Simulation of Free Molecular Flowin a Three-Dimensional Turbomolecular Pump with Nonparallel Blades”, Journal of Dispersion Science and Technology, 31:299–306, 2010..
محمد ماستیانی و همکاران، 1390، بررسی عملکرد پمپ توربومولکولی با استفاده از روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو، نوزدهمین کنفرانس بین‌المللی مهندسی مکانیک ایران (ISME2011).
Sengil N, Edis FO. Fast cell determination of the DSMC molecules of multistage turbomolecular pump design. Comput Fluids 2011;45(1): 6202-..
N Sengil; “Performance increase in turbomolecular pumps with curved type blades”; vacuun xxx (2012) 1-6..
M. Iqbal,. and Wasy, et al.; “Design modification in rotor blade of turbomolecular pump”; Nuclear Instruments and Methods in Physics ResearchA 678(2012) 88–90..
Bird GA.Molecular gas dynamics, the direct simulation of gas flow.Oxford: Oxford Science Publications, Clarendon Press; 1994..
M.H. Hablanian; “Engineering aspects of turbomolecular pump design”; Vacuum 82 (2008) 61-65..
J.S. Heo and Y.K. Hwang; “DSMC calculations of blade rows of a turbomolecular pump in the molecular and transition flow regions”; Vacuum 56 (2000) 133-142..
S. Wang; “The Pumping Performances of The Turbomoleculae Pump Simulated by Direct Simulation Monte Carlo Method”; Progress in Nuclear Energy 47 (2005) 664-671..
SM, Hoeinalipour, Effect of Non-Parallel Blades on Axial-Turbo Molecular Pump Performance, Proceedings of the 9th Asian Congress of Fluid Mechanics, Isfahan, Iran,2002..
تقوی، سید محمد، شمس، مهرزاد، آملی، علی؛ «بررسی زاویه پره بر عملکرد پمپ توربومولکول محوری»؛ چهاردهمین کنفرانس سالانه (بین المللی) مهندسی مکانیک- اردیبهشت ۱۳۸۵ - دانشگاه صنعتی اصفهان.
S. Wang and H. Ninokatah; “Numerical study of a single blade row in turbomolecular pump”; vacuun 83 (2009) 1106-1117..
Oleg B. Malyshev, “Characterisation of a turbo-molecular pumps by a minimum of parameters”, Vacuum 81 (2007) 752–758..
Finite Element Simulations with ANSYS Workbench 14 by Huei-Huang Lee, NCKU, Taiwan.
Timoshenko SP, Goodier JN, 1970. Theory of elasticity. 3rd ed. New York: McGraw-Hill.
Blazynski TZ ,1983. Applied elasto- plasticity of solids. London: Macmillan Press LTD.
G J Nie, R C Batra, Stress analysis and material tailoring in isotropic linear thermoelastic incompressible functionally graded rotating disk of variable thickness, Composite Structure, vol. 92, (2010), pp.720-729.
پمپ توربومولکولی محوری TMP450، ساخته و طراحی مجید انتظامی پژوه.
D. Bhuptani; “Structural and modal analysis of A300 wing structure”; Indira Gandhi National Open University, New Delhi, Indian Institute for Aeronautical Engineering & Information Technology. 2012)).
Amr M.S. El-Hefny, et al. , “ STRESS ANALYSIS OF A GAS TURBINE ROTOR USING FINITE ELEMENT MODELING”, Production Engineering & Design For Development, PEDD7,Cairo, February 7 – 9, 2006..
https://confluence.cornell.edu/pages/viewpage.action
S. Timoshenko, Strength of Materials, Part 1, Elementary Theory and Problems, 3rd Edition, CBS Publishers and Distributors, pg. 22 and 26..
Timoshenko S.P., Woinowsky-Krieger S., Theory of Plates and Shells, McGraw-Hill, 2nd Edition, Article 97, equation 232, pg. 401..
K. J. Bathe, E. N. Dvorkin, "A Formulation of General Shell Elements - The Use of Mixed Interpolation of Tensorial Components”, International Journal for Numerical Methods in Engineering, Vol. 22 No. 3, 1986, pg. 720