擴(kuò)散泵由于其大抽速、連續(xù)穩(wěn)態(tài)工作的優(yōu)點(diǎn),有望應(yīng)用于未來聚變堆的偏濾器抽氣系統(tǒng)中,以降低目前托卡馬克裝置中廣泛采用的捕集式低溫泵所帶來的高氚存儲(chǔ)量問題。由于氚相容性的限制,目前的商業(yè)油擴(kuò)散泵無法直接應(yīng)用于聚變堆中,水銀將是理想的擴(kuò)散泵工作介質(zhì)。為了支持未來聚變堆偏濾器抽氣系統(tǒng)的水銀擴(kuò)散泵設(shè)計(jì),需要針對(duì)水銀擴(kuò)散泵開展設(shè)計(jì)優(yōu)化研究。本文采用直接模擬蒙特卡洛方法,基于KT-150擴(kuò)散泵結(jié)構(gòu),研究了噴嘴角度對(duì)水銀擴(kuò)散泵的抽氣速度及水銀返流率的影響。結(jié)果表明噴嘴角度為45°時(shí)能夠達(dá)到最佳的抽氣速度1.53m³/s,同時(shí)返流率沒有顯著提升。 

【文章來源】：真空. 2020,57(02)

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

系統(tǒng)中粒子總數(shù)隨時(shí)間步的變化

盡管在擴(kuò)散泵早期的研究中，采用了水銀作為工作介質(zhì)[18-19]，在曾經(jīng)進(jìn)行氘氚聚變實(shí)驗(yàn)的TFTR(Tokamak Fusion Test Reactor）裝置的設(shè)計(jì)過程中也曾考慮過采用水銀擴(kuò)散泵的可行性[10]，但目前商用擴(kuò)散泵的優(yōu)化主要是針對(duì)油工作介質(zhì)進(jìn)行。因此在面向聚變堆偏濾器抽氣系統(tǒng)水銀擴(kuò)散泵設(shè)計(jì)優(yōu)化研究的前期研究工作中，基于目前成熟的商用擴(kuò)散泵結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化及開展后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究是合理的選擇，本文中選擇了典型的KT-150擴(kuò)散泵。根據(jù)Lee等人[11]的工作，對(duì)多級(jí)擴(kuò)散泵性能的分析可通過對(duì)各級(jí)分別進(jìn)行模擬實(shí)現(xiàn)，本文主要關(guān)注的是水銀擴(kuò)散泵在正常工作條件下的抽氣速度及水銀返流率，因此通過對(duì)第一級(jí)的DSMC模擬能夠給出合理的結(jié)果。KT-150擴(kuò)散泵第一級(jí)結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖1(a）所示，其中R0=95mm,R1=53mm,R2=15mm,R3=85mm,l=12.7mm,t=2.8mm,H=146mm，噴嘴角度α在模擬中取值范圍為30°～60°，構(gòu)建了如圖1(b）的計(jì)算網(wǎng)格。考慮到擴(kuò)散泵的軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，為了節(jié)約計(jì)算時(shí)間，選取1/18扇面進(jìn)行建模。模擬中假定氫氣為被抽氣體，為了獲得較為細(xì)致的流場(chǎng)分布，計(jì)算中所取網(wǎng)格尺寸最大值不超過4mm，滿足網(wǎng)格尺寸小于λ/3的要求（計(jì)算中被抽氣體壓力約為0.1Pa，相應(yīng)的氣體平均自由程λ約為0.11m），網(wǎng)格數(shù)量為2880。擴(kuò)散泵第一級(jí)的入口、出口以及噴嘴喉部為開放邊界，每個(gè)模擬時(shí)間步Δt內(nèi)進(jìn)入的模擬分子數(shù)N由邊界處的分子數(shù)密度n、溫度T和宏觀速度V決定：

水銀蒸汽模擬分子分布；（b）氫氣模擬分子分布

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3055689