Verdünnte Strömumg in Spalten von Vakuumpumpen mit bewegter Berandung
Creators: name: Huck, Christopher
Publisher: name: TU Dortmund
Year: 2020
Subjects: subject: Vakuumpumpen
subject: Verdünnte Spaltströmung
subject: DSMC-Methode
subject: Eindimensionale Strömungsmodellierung
subject: Experimentelle Untersuchung
subject: 620
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subject: Vakuumpumpe
subject: Spaltströmung
subject: Direct simulation Monte-Carlo-Methode
subject: Couette-Strömung
subject: Poiseuille-Strömung

description: In der vorliegenden Arbeit wird die verdünnte Strömung in Spalten von Vakuumpumpen diskutiert. Die durch eine Druckdifferenz (Poiseuille-Strömung), eine bewegte Berandung (Couette-Strömung) oder eine Temperaturdifferenz (thermische Kriechströmung) erzeugten Strömungen, welche isoliert oder kombiniert betrachtet werden, sind Gegenstand der Untersuchungen. Im Rahmen der Arbeit wird eine eindimensionale Theorie validiert, welche diese drei Strömungsarten in einem weiten Bereich der Gasverd ünnung abbilden kann. Dafür werden sowohl Simulationen mithilfe der DSMCMethode (Direct Simulation Monte Carlo), die das Gas auf Ebene der Teilchen modelliert, als auch experimentelle Untersuchungen herangezogen. Insgesamt werden zwei verschiedene Spaltgeometrien betrachtet. Der planparallele Spalt, welcher aus zwei zueinander parallele Konturen gebildet wird und der Radiusspalt, welcher aus einer planen Kontur und einer Kontur mit Radius besteht. Um allgemeingültige Ergebnisse zu erhalten, werden die zur Beschreibung der Strömung notwendigen dimensionslosen Kennzahlen identifiziert. Hierbei wird davon ausgegangen, dass in jedem Querschnitt in Strömungsrichtung ein vollständiger Wärmeaustausch zwischen Gas und Wand stattfindet. Die so ermittelten Kennzahlen können im weiteren Verlauf umfangreich variiert werden. Für die experimentellen Untersuchungen werden zwei geeignete Spaltmodellaufbauten vorgestellt. Ein Spaltmodell kann zur Messung des Massenstroms einer reinen Poiseuille-Strömung genutzt werden. Ein weiteres Modell dient zur Messung des Massenstroms aufgrund einer kombinierten Couette-Poiseuille Strömung, bei welchem auch ein Konzept zur Bestimmung der Massenströme weiterer Spalte vorgestellt wird, die aufgrund der notwendigen bewegten Berandung entstehen. Anschlieÿend wird eine umfangreiche experimentelle Untersuchung der Spaltströmung unter Variation der dimensionslosen Kennzahlen durchgeführt. Ein Vergleich der Ergebnisse mit den Simulationsergebnissen der eindimensionalen Theorie und der DSMCMethode ergibt über einen weiten Bereich der Gasverdünnung eine gute Übereinstimmung. Abweichungen finden sich im Bereich der Kontinuumsströmung zwischen eindimensionaler Theorie und dem Experiment. Die bei der eindimensionalen Theorie getroffenen Annahmen und Vereinfachungen zur Berechnung der Strömung werden nachfolgend dahingehen untersucht, in welchen Bereich der dimensionslosen Kennzahlen die eindimensionale Theorie gute Ergebnisse liefert. Die Einsatzgrenzen der eindimensionalen Theorie werden mit einer über die experimentellen Untersuchungen hinausgehenden Variation der dimensionslosen Kennzahlen ermittelt. Zur Beurteilung der Abbildungsgüte der eindimensionalen Theorie werden die Simulationsergebnisse der DSMC-Methode herangezogen und auf diesem Weg können erfolgreich Kriterien für die Einsatzgrenzen herausgearbeitet werden.
description: Schriftenreihe des Fachgebietes Fluidtechnik;5