本文關(guān)鍵詞：氣體靜壓節(jié)流器微流場焦耳—湯姆遜效應的研究

  更多相關(guān)文章： 氣體靜壓節(jié)流器 焦耳-湯姆遜效應 微流場溫降 流固耦合變形

【摘要】：氣體靜壓節(jié)流器已被廣泛應用于超精密加工及超精密檢測技術(shù)領(lǐng)域,隨著這些領(lǐng)域的快速發(fā)展,對該器件的性能也提出了更高的要求。由于氣體在氣體靜壓節(jié)流器微流場內(nèi)的流動不是等溫的,在高精度的應用場合,應考慮溫度對節(jié)流器的影響。本文從焦耳-湯姆遜效應入手,研究了溫度在節(jié)流器微流場內(nèi)部的分布情況,主要的工作圍繞以下內(nèi)容進行:(1)利用立方型狀態(tài)方程和BWRS方程求解了空氣焦耳-湯姆遜系數(shù),結(jié)果表明隨著供氣壓力和供氣溫度的升高,空氣焦耳-湯姆遜系數(shù)逐漸減小;利用FLUENT軟件,對空氣焦耳-湯姆遜效應進行仿真,研究了進氣口壓力、進氣口溫度、出氣口壓力與節(jié)流溫降的關(guān)系,結(jié)果表明仿真溫降與理論計算焦耳-湯姆遜系數(shù)得到的溫降有較好符合。(2)將氣體在節(jié)流器中的流動過程分成兩個過程:節(jié)流過程和潤滑過程。推導了非等溫定常多變過程的雷諾方程。利用此方程求解了雙圓型和雙U型氣體靜壓節(jié)流器的出口壓力。根據(jù)以上求得的空氣焦耳-湯姆遜系數(shù)和出口壓力,計算了在節(jié)流過程中由于焦耳-湯姆遜效應導致的節(jié)流溫降。同時根據(jù)多變過程的熱力學特征,得到了氣體在潤滑過程中的溫度分布。(3)利用流固耦合分析方法研究了供氣壓力、供氣溫度、氣膜厚度、節(jié)流孔直徑和節(jié)流孔長度等五個因素對雙圓型和雙U型氣體靜壓節(jié)流器工作平面變形量的影響,研究表明供氣溫度是五個因素中影響最大的因素。(4)搭建了氣體靜壓節(jié)流器焦耳-湯姆遜效應和溫度分布測量裝置,對雙圓型和雙U型氣體靜壓節(jié)流器在節(jié)流過程中的節(jié)流溫降及在潤滑過程中軸向溫度分布進行測量,結(jié)果表明在節(jié)流孔處的流場溫度最低,并對理論值和實驗值進行比較,分析了誤差來源。本文對氣體靜壓節(jié)流器的焦耳-湯姆遜效應和溫度分布進行了初步探索,可為設(shè)計出更高性能的節(jié)流器提供一定的指導。
【關(guān)鍵詞】：氣體靜壓節(jié)流器 焦耳-湯姆遜效應 微流場溫降 流固耦合變形
【學位授予單位】：中國計量學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH701
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-15
• 1 緒論15-22
• 1.1 課題研究背景、目的及意義15-16
• 1.2 課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-20
• 1.2.1 氣體靜壓節(jié)流器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.2 焦耳-湯姆遜效應的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容20-22
• 2 空氣焦耳-湯姆遜效應的理論研究與數(shù)值模擬22-44
• 2.1 焦耳-湯姆遜效應的理論研究22-36
• 2.1.1 焦耳-湯姆遜效應22-24
• 2.1.2 實際氣體狀態(tài)方程24-27
• 2.1.3 空氣焦耳-湯姆遜系數(shù)的計算27-33
• 2.1.4 計算結(jié)果及分析33-36
• 2.2 焦耳-湯姆遜效應的數(shù)值模擬36-42
• 2.2.1 計算流體動力學簡介36-37
• 2.2.2 FLUENT仿真37-39
• 2.2.3 仿真結(jié)果及分析39-42
• 2.3 本章小結(jié)42-44
• 3 氣體靜壓節(jié)流器焦耳-湯姆遜效應與熱力學分析44-72
• 3.1 氣體靜壓節(jié)流器焦耳-湯姆遜效應44-58
• 3.1.1 非等溫定常多變過程的雷諾方程推導45-49
• 3.1.2 出口壓力的計算49-52
• 3.1.3 計算結(jié)果及分析52-58
• 3.2 氣體靜壓節(jié)流器節(jié)流溫降與溫度分布58-71
• 3.2.1 節(jié)流過程溫降計算58-63
• 3.2.2 潤滑過程溫度分布計算63-71
• 3.3 本章小結(jié)71-72
• 4 氣體靜壓節(jié)流器變形量的流固耦合分析72-88
• 4.1 流固耦合分析72-74
• 4.1.1 流固耦合概述72-73
• 4.1.2 單向流固耦合73-74
• 4.2 變形量仿真74-79
• 4.2.1 幾何模型的建立74-75
• 4.2.2 網(wǎng)格的劃分75-77
• 4.2.3 邊界條件的設(shè)定77
• 4.2.4 變形量的求解77-79
• 4.3 仿真結(jié)果79-86
• 4.4 本章小結(jié)86-88
• 5 氣體靜壓節(jié)流器焦耳-湯姆遜效應與溫度分布實驗88-100
• 5.1 測量方法與裝置88-93
• 5.1.1 測量方法88-91
• 5.1.2 測量裝置91-93
• 5.2 實驗過程及結(jié)果分析93-97
• 5.2.1 雙圓型氣體靜壓節(jié)流器實驗結(jié)果及分析93-95
• 5.2.2 雙U環(huán)型氣體靜壓節(jié)流器實驗結(jié)果及分析95-97
• 5.3 誤差分析97-98
• 5.4 本章小結(jié)98-100
• 6 總結(jié)與展望100-102
• 6.1 全文總結(jié)100-101
• 6.2 主要創(chuàng)新點101
• 6.3 研究展望101-102
• 參考文獻102-106
• 附錄A 雙圓型氣體靜壓節(jié)流器實驗數(shù)據(jù)106-109
• 附錄B 雙U型氣體靜壓節(jié)流器實驗數(shù)據(jù)109-112
• 作者簡介112-113

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本文編號：997356