۳-۵-۱- تاثیر پارامترهای آیروالاستیسیته بر پره‌های پمپ توربومولکولی محوری
۳-۵-۲- بررسی پدیده خزش در پره‌های روتور پمپ توربومولکولی

۳-۵-۶- مقایسه نتایج حاصل از شبیه‌سازی پره ردیف‌های مختلف روتور پمپ توربومولکولی محوری

۳-۵-۱۰- بررسی نتایج حاصل از شبیه‌سازی پره روتور پمپ توربومولکولی محوری ساخته شده از دو جنس متفاوت
فصل چهارم: اعتبارسنجی و صحت‌سنجی نتایج ۴۷
۴-۱- اعتبارسنجی تحلیل استاتیکی خطی با فرض تغیییر شکل کوچک ۴۸
۴-۱-۱- تحلیل استاتیکی خطی تیر دو سر گیردار ۴۸
۴-۲- اعتبارسنجی تحلیل استاتیکی غیر خطی با فرض تغییر شکل بزرگ ۵۰
۴-۲-۱- تحلیل استاتیکی غیر خطی صفحه دایروی تحت فشار یکنواخت ۵۰
۴-۲-۲- تحلیل استاتیکی غیر خطی صفحه یک سرگیردار ۵۱
۴-۳- بررسی عدم وابستگی نتایج شبیه‌سازی‌ پره روتور پمپ توربومولکولی محوری به مش ۵۳
۴-۴- بررسی تغییرات ماکزیمم تنش ون مایزز و تغییر شکل کلی با سرعت چرخش روتور ۵۶
نتیجه‌گیری و پیشنهادات ۵۸
۵-۱- نتیجه‌گیری ۵۹
۵-۲- پیشنهادات ۶۰
۶- منابع و مراجع ۶۲
پیوست (مقالات)
فصل اول: مقدمه
تعریف مسأله
امروزه سیستم‌های وکیوم یا خلأ در صنایع مختلف کاربرد زیادی پیدا کرده است. محیط‌های خلأ دو ویژگی اساسی دارند. اولین ویژگی این است که محیطی تمیز با قابلیت کنترل عوامل ناخواسته که برای انجام فرایندهای خاص فیزیکی و شیمیایی به محیط‌های ویژه نیاز دارند، را ایجاد می‌کند و دیگر اینکه تغییرات اساسی در خواص فیزیکی مواد نظیر کاهش نقطه ذوب و تبخیر را موجب می‌شود. این دو ویژگی کلید انجام بسیاری از فرایندهای علمی در محیط خلأ می‌باشند. از سوی دیگر، خلأ شرایط جو زمین را نیز شبیه‌سازی می‌کند. این امر امکان انجام آزمایش‌های بسیاری که برای سفرهای فضایی حیاتی است و انجام آن در داخل جو زمین ممکن نیست را در روی زمین میسر می کند. امروزه با بهره گرفتن از ویژگی‌های فوق فرایندهای بسیاری در محیط خلأ انجام می‌شوند و امکان تولید بسیاری از محصولات با فناوری بالا فراهم شده است. خلأ در پیشرفت صنایع الکترونیک، شیمیایی، پزشکی، دارو‌سازی، صنایع غذایی، متالوژی و خودرو نقش عمده‌ای را ایفا می‌کند. مواردی که در زندگی روزانه کاربردهای وسیعی دارند، نظیر سلولهای خورشیدی، قطعات نیمه‌هادی‌ها نظیر حسگرها و آی سی‌ها، شیشه‌های عایق حرارتی، بسیاری از ابزارهای مکانیکی برشی با مقاومت سطحی بالا، عینک‌های طبی و آفتابی، ضدعفونی محصولات کشاورزی، تولید مواد شیمیایی، بازرسی جوش، تولید دیسک‌های فشرده کامپیوتری، ساخت کامپوزیت‌ها، ساخت بدنه یخچال، تعمیر سیستم‌های سرد کننده، تعویض روغن اتومبیل تنها نمونه‌هایی از کاربردهای وسیع خلأ می‌باشند. علاوه بر این خلأ نقش مهمی در حوزه‌های تحقیق و توسعه و تکنولوژی زیستی ایفا می‌کند، به گونه‌ای که این فناوری را می‌توان کلید دستیابی به حوزه فناوری‌های میکرو و نانو قلمداد نمود.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

با توجه به کاربردهای وسیع و کلیدی فناوری خلأ در زمینه‌های مختلف علوم و صنایع، ضروری است تا اقدامات گسترده و نظام‌مندی در جهت بومی‌سازی این فناوری در کشور انجام پذیرد. در این
راستا، یکی از راهبردهای اصلی، گسترش تحقیق و توسعه برای طراحی و ساخت سیستم‌ها و تجهیزات مربوط به این فناوری می‌باشد.
در سال‌های اخیر توجه به فناوری خلأ در کشور به تدریج اهمیت خود را به دست آورده است. فناوری خلأ بالا، امروزه کاربرد بسیاری در صنعت داشته و در اکثر زمینه‌ها نقش موثری را ایفا می کند. دستیابی به دانش طراحی و ساخت تجهیزات خلأ بالا امروزه یکی از دستاوردهای مهم و پر اهمیت هر کشور به‌شمار می‌آید. وظیفه اصلی در ایجاد محیط خلأ بر عهده انواع پمپ‌های تولیدکننده خلأ می‌باشد. در این پایان‌نامه نیز هدف، بررسی گوشه‌ای از دنیای وسیع طراحی تجهیزات خلأ یعنی پمپ‌های توربومولکولی محوری می‌باشد.
پمپ توربومولکولی محوری قادر به ایجاد خلأ بسیار بالا تا فشار (^۱۰-۱۰) 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 درجه بالای 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^[۱] 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.
ضرورت و اهمیت مطالعه تکنولوژی سیستم‌های خلأ
در یک دسته‌بندی کلان، سیستم‌های خلأ، زیرمجموعه ماشین‌آلات تلقی می‌شوند. هنگامی که از فناوری سیستم‌های خلأ نام برده می‌شود، منظور توانایی طراحی، ساخت، توسعه، به کارگیری و تعمیر و نگهداری درست این گروه از ماشین‌آلات است. 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.
ویژگی‌های فناوری سیستم‌های خلأ
طبق یک طبقه‌بندی، فناوری‌ها بر اساس اهمیتی که در توسعه اقتصادی، صنعتی و یا بنیه دفاعی دارند، به چهار گروه حیاتی، عام، توان‌آور و اقتصادی کننده تقسیم می‌شوند[۱]. فناوری خلأ، از آنجا که توسعه آن برای رونق همه بخش‌های صنعتی ضرورت داشته و می‌تواند در طیف وسیعی از فرآیندها و محصولات به کار گرفته شود، جزء تکنولوژی‌های عام قرار می‌گیرد. تکنولوژی‌های عام، نوعاً به فناوری‌هایی گفته می‌شود که توسعه آن‌ها برای رونق همه بخش‌های صنعتی ضرورت داشته و اختصاص به یک بخش از صنعت ندارد.
در ارزیابی هر فناوری مسأله چرخه عمر فناوری و جایگزینی با فناوری‌های جدیدتر مدنظر قرار می‌گیرد. به‌علاوه رابطه هر فناوری با فناوری‌های مکملش نیز حائز اهمیت است، زیرا سرنوشت فناوری‌های مکمل به یکدیگر وابسته‌اند. شناخت زنجیره ارزش و وابستگی‌ها و گلوگاه‌های تکنولوژیک پیش رو برای برنامه‌ریزی بلند مدت توسعه تکنولوژی ضروری می‌باشد. همواره انواع مختلف فناوری برای تامین نیازهای بشر در رقابت با یکدیگر ظهور یافته و یا منسوخ می‌شوند. فناوری‌های عام، همچون فناوری سیستم‌های خلأ، ذاتاً جایگزین نداشته و نیاز به آن‌ها همیشگی است، زیرا فرآیندهای مبتنی بر خلأ همواره نیازمند سیستم‌های خلأ هستند. لذا چرخه عمر این فناوری عام، همواره از رشد و ارتقاء خوبی برخوردار بوده است. تحول فناوری سیستم‌های خلأ، معمولاً حاصل ارتقاء در فناوری زیرسیستم‌ها، استفاده از مواد پیشرفته‌تر و هوشمندسازی می‌باشد. در اینجا لازم به ذکر است که یک فناوری عام مثل سیستم‌های خلأ با پایان یافتن چرخه عمر یک فناوری خاص مثل سامانه تولید لامپ تصویر که آن فناوری عام را به کار گرفته است، از بین نمی‌روند، بلکه فناوری به عنوان یک توانمندی به صورت پیشرفته‌تری در سایر فناوری‌های خاص ادامه حیات می‌دهد.
ساخت سیستم‌های خلأ، علاوه بر خلأسازها و خلأسنج‌ها، وابسته به فناوری‌های طراحی، ساخت و تولید قطعات فلزی (از جمله ریخته‌گری، ماشین‌کاری ، برش، جوش‌کاری، بریزینگ، عملیات حرارتی و شکل‌دهی)، قطعات الستومر، قطعات سرامیک و شیشه، فناوری‌های الکترونیک، الکترونیک صنعتی و کنترل می‌باشد. به طور خاص با توجه به کاربرد سیستم‌های خلأ، فناوری‌های پیشرفته مختلف خاصی مانند لیزر، پرتو الکترونی، مولد‌های الکتریکی فرکانس بالا یا ولتاژ بالا در سیستم‌ها استفاده می‌شود. باید توجه داشت که از دیدگاه سایر فناوری‌ها، فناوری خلأ خود یک فناوری مکمل تلقی می‌شود. حسب مورد به عنوان یک ضرورت غیر قابل اجتناب، منحصر به فرد و بدون جایگزین، به طور مثال در فناوری‌های مبتنی بر پرتو الکترون، یا به عنوان یک عامل بهبود کیفیت، به طور مثال در فناوری ریخته‌گری دقیق، به کار گرفته می‌شود.
معرفی تکنولوژی خلأ
پیش از هر چیز لازم است تکنولوژی خلأ، تاریچه استفاده از این علم، کاربرد آن در زندگی روزمره و صنعت، تجهیزات مورد استفاده در این زمینه، اصطلاحات علمی و کارهای انجام شده در این زمینه، چه در سطح کشور عزیزمان ایران و چه در سطح بین المللی، مورد بررسی قرار گیرد تا شناخت اجمالی از این مهم حاصل آید.
تعریف خلأ یا وکیوم
واژه خلأ به معنی تهی و خالی است و واژه لاتین وکیوم^[۲] از معادل لاتین کلمه خالی^[۳] می‌آید. وکیوم یا خلأ به فضایی گفته می‌شود که خالی از ماده باشد. در چنین حالتی مولکول‌های هوا که عامل ایجاد فشار می‌باشند، نیز وجود ندارند. این تعریف ایده‌آل وکیوم می‌باشد. فشار صفر مطلق در این فضا تعریف نمی‌شود. در عمل رسیدن به چنین محیطی امکان‌پذیر نیست، زیرا همیشه تعدادی مولکول گاز وجود دارند. اما رسیدن به فشارهای بسیار بسیار پایین، دور از واقعیت نیست و امروزه سیستم‌های وکیومی تولید شده‌اند که می‌توانند محیط‌هایی با قدرت تفکیک مولکول بر واحد حجم بسیار پایین ایجاد کنند. در اصطلاح به فشارهای پایین‌تر از فشار اتمسفر هوا، حالت خلأ گفته می‌شود. با این وصف فشار مابین فشار اتمسفر و صفر مطلق را می‌توان حوزه سیستم‌های وکیوم دانست.
کاربردهای خلأ و فرایندهای متداول تحت سیستم‎های خلأ
فناوری خلأ کلیه فرایندهایی را شامل می‌شود که در فشار کمتر از فشار اتمسفر انجام می‌شوند. یک فرایند تحت خلأ به طور معمول برای یکی از مقاصد زیر انجام می‌شود.
برای حذف ترکیباتی که به صورت فیزیکی یا شیمیایی درحین فرایند واکنش انجام می‌دهند (ذوب فلزات واکنش‌گر مانند تیتانیوم).
برای برهم زدن تعادل محیط در شرایط اتمسفریک مثل حذف گازها و ترکیبات فرار از یک ماده (گاززدایی یا خشک کردن تصعیدی) و یا جذب گاز از سطوح (تمیز کردن لوله‌های مایکروویو و شتاب‌دهنده‌های خطی در حین ساخت).
به منظور افزایش فاصله یک ذره که امکان برخورد آن با ذرات دیگر قبل از رسیدن به هدف وجود دارد. (پوشش‌های تحت خلأ، شتاب‌دهنده‌های ذره و لامپ‌های تلویزیونی).
برای کاهش اثر تعداد ملکول‌ها در واحد زمان (کاهش آلودگی‌های سطحی در حضور خلأ، تمیز کردن سطوح و تهیه فیلم‌های بسیار نازک و کاملاً خالص.
شاید بتوان عمده‌ترین کاربردهای خلأ را در جابجایی مکانیکی (انتقال مواد سبک و سنگین به وسیله مکش)، نصب قطعات الکترونیکی دقیق روی چیپس‌های سیلیکون خلاصه نمود اما به طور قطع کاربرد‌های خلأ بسیار وسیع‌تر و علاوه بر موارد فوق می‌توان به بسته‌بندی‌های خلأ، شکل دادن اجسام، گاززدایی از روغن‌ها و حلال‌های مایع، تقطیر و گاززدایی از فولاد مایع اشاره نمود. مثلاً در فشار‌های کاهش یافته تا حدود^۴-۱۰ تور، بعضی فرایند‌های متالورژی مثل ذوب، قالب‌گیری، پوشش، لعاب و اعمال حرارت انجام می‌گیرد. بعضی فرایند‌ها در صنایع غذایی و شیمیایی مانند خشک‌کردن انجمادی و تقطیر نیز در خلأ انجام می‌گیرد. خشک‌کردن انجمادی به طور وسیعی در صنایع داروسازی برای تولید واکسن، آنتی بیوتیک و نگه‌داری پوست و پلاسمای خون مورد استفاده قرار می‌گیرد. در صنایع غذایی با بهره گرفتن از خشک‌کردن انجمادی، بسیاری از مواد غذایی را می‌توان برای زمان‌های طولانی و بدون ایجاد تغییر در خواص تغذیه‌ای، عطر و طعم، نگه‌داری نمود و روز به روز کاربرد آن گسترده‌تر می‌شود. در فشارهای کاهش‌یافته کمتر از ^۶-۱۰ تور، لامپ‌های روشنایی، عایق‌بندی الکتریکی و لامپ‌های تصویر تلویزیونی، لوله‌های اشعه ایکس، عدسی‌های عینک، پوشش‌های بسیار نازک الکترونیکی و شناساگرهای اسپکترومتر جرمی ساخته می‌شوند.
فناوری خلأ از دهه پنجاه با سرعت بالایی توسعه یافته است[۲, ۳, ۴]. در تحقیقات و در بیشتر شاخه‌های صنعت حضور تجهیزات خلأ ضروری می‌باشد[۵]. با توجه به زمینه‌های کاربردی خلأ، تعداد فرایندهایی که قابل انجام است، بسیار زیاد است[۶].
طبقه‌بندی فرایندها بر اساس محدوده فشاری
خلأ پایین (۱ تا ۱۰۱۳میلی‌بار)