Определение интегральных и дифференциальных характеристик сложных криовакуумных систем
Диссертация
Бурное развитие и все более расширяющиеся области применения криовакуумного оборудования, например, для обеспечения технологических процессов в экспериментальных термоядерных установках, имитаторах космического пространства, ускорителях на встречных пучках, в микроэлектронике, физике твердого тела и т. д., обусловливают разнообразие и индивидуальность физических и эксплуатационных факторов… Читать ещё >
Содержание
- Условные обозначения
- Актуальность проблемы
- Цель работы
- Научная новизна
- Автор защищает
- Практическая ценность
- Достоверность полученных результатов
- Апробация работы
- Публикации.<
- Структура и объем работы
- 1. Методы анализа молекулярных потоков
- 1. 1. Обзор существующих подходов
- 1. 1. 1. Классические аналитические методы
- 1. 1. 2. Развитие аналитических подходов в
- 1. 1. Обзор существующих подходов
- 1. 1. 3. Метод угловых коэффициентов
- 1. 1. 4. Метод эквивалентных поверхностей
- 1. 1. 5. Метод анализа газовых потоков путем решения кинетического уравнения Л. Больцмана
- 1. 1. 6. Метод Монте-Карло пробной частицы
- 2. 1. Описание общего алгоритма
- 2. 2. Описание необходимых дополнений метода пробной частицы для анализа различных характеристик молекулярных потоков
- 2. 2. 1. Нахождение полярных диаграмм скоростей частиц
- 2. 2. 2. Нахождение пространственного распределения частиц
- 2. 3. Описание разработанных дополнений метода пробной частицы, необходимых для моделирования различных параметров взаимодействия частицы с поверхностью
- 2. 3. 1. Типы угловых распределений
- 2. 3. 2. Учет динамического изменения значения коэффициента прилипания
- 2. 4. Описание разработанных дополнений метода пробной частицы, необходимых для определения полей дифференциальных характеристик газовой среды
- 2. 4. 1. Учет времени полета частицы
- 2. 4. 2. Учет скорости частицы
- 2. 4. 3. Определение распределения концентрации и давления и моделирование квазипостоянного напуска газа
- 2. 5. Степень достоверности и предварительное тестирование метода пробной частицы
- 3. 1. Введение
- 3. 2. Анализ и оптимизация крионасоса, используемого для нужд микроэлектроники
- 3. 2. 1. Анализ типовой конструкции крионасоса
- 3. 2. 2. Пример расчёта альтернативной конструкции насоса на основе имеющейся модели
- 3. 2. 3. Постановка задачи теплового расчёта
- 3. 2. 4. Подведение итогов теплового расчёта
- 3. 2. 5. Выводы
- 3. 3. Комплексное исследование системы откачки продуктов термоядерного синтеза
- 3. 3. 1. Введение
- 3. 3. 2. Конструкция системы откачки
- 3. 3. 3. Условия расчетов
- 3. 3. 4. Результаты анализа
- 3. 3. 5. Выводы
Список литературы
- M. Knudsen, Die Gesetze der Molecular Strommung uad der inneren Reibungst-parallel plates. — The Physics of Fluids, 1973, v. 16, No. 5, pp. 594−599.
- M. Knudsen, Eine Revision der Gleichgewichtsbedingung der Gase thermische molecular Stwung: thermischer Moleculardruk der Gase in Rohren und porosen Korpern. Ann. D. Phys. 1910, v. 31, pp. 205−229.
- M. Knudsen, Die Gesetze der Molecular Strommung der Gase durch Rohren -Ann der Physik, 1909, Folge 4, Bd 28, H 1, pp. 75−130.
- M. Knudsen, Die Gesetze der Molecular Strommung der Gase durch Offnungen und Effusion Ann der Physik, 1909, Folge 4, Bd 28, H 4, 5, pp. 999−1016.
- M. Knudsen, W. Fisher, The molecular and the frictional flow of gases in tubes The Physical Review, 1910, v. 31, No. 5, pp. 586−588.
- M. Smoluchowski, Zur kinetichen Theorie der Transpiration und Diffusion verdunnter Gase Ann der Physik, 1910, Bd 33, pp. 1559−1570.
- M. Smoluchowski, Zur Theorie der warmeleitung in verdunnter Gasen und der dabei auftreteuden Druckkrafte Ann der Physik, 1910, Bd 35, pp. 983−1004.
- P. Clausing Verst Afd. Nat. Kon. Arad. Amst., 1926, Bd 35(2), pp. 1023−1035.
- P. Clausing, On the linger time of molecules in the flow of highly rarefied gases. Amsterdam, 1928, p. 124.
- P. Clausing Phil. Mag, 1929, Bd 8, p. 126.
- P. Clausing Physica (Erdhoven), 1929, Bd 9, pp. 65−80.
- P. Clausing Zeitchr. Jur. Physik, 1930, Bd 66, pp. 471−476.
- P. Clausing Ann der Physik, 1930, Folge 5, Bd 4, H 5, pp. 533−566.
- P. Clausing Ann der Physik, 1930, Bd 7(4), pp. 489−520, 7(5), pp. 521−568.
- P. Clausing Ann der Physik, 1930, Bd 7(5), pp. 569−578.
- P. Clausing. Uber die Stromung sehr verdunnter Gase durch Rohren von beliebiger Lange Ann. Der Physik. 1932, v. 12, Sth series, pp 961−989. J. Vac. Sei. Technol, 1971, v. 8, No. 5, pp. 636−646
- P. Clausing-Ann der Physik, 1932, Bd 14, pp. 129−133.
- P. Clausing Ann der Physik, 1932, Bd 14, pp. 134−138.
- Я. Грошковский, Техника высокого вакуума. М.: Мир, 1975, 662 с.
- С. Дэшман, Научные основы вакуумной техники., М.: Мир, 1964.
- Б. С. Иванов, В. С. Троицкий, К вопросу о формировании диаграмм направленности молекулярных пучков ЖТФ, 1963, т. 33, в. 4.
- JI. И. Калашник, А. М. Кислов, Распределение плотности молекулярных потоков при эффузии газа через цилиндрическую трубку Криогенная и вакуумная техника, научн.-техн. сб. Харьков, ФТИНТ АН УССР, 1973, в. 3, с. 21−24.
- С. Б. Нестеров, Ю. К. Васильев, Эффекты в разреженном газе и их анализ. Материалы IV международного симпозиума «Вакуумные технологии и оборудование», Харьков, 2001.
- С. Oatley, The experimental determination of the speed of a vacuum pump and of components of a vacuum system. British Journ. Of Appl. Phys., 1964, No. 9, pp. 358−362.
- W. Steckelmacher, A review of the molecular flow conductance for systems of tubes and components and the measurement of pumping speed. Vacuum, 1966, v. 16, No. 11, pp. 561−584.
- Г. А. Тягунов, Основы расчета вакуумных систем. Госэнергоиздат, 1948.
- Н. В. Филин, Н. Н. Тарасов, А. М. Макаров, Т. А. Панкратова, Теория и расчет эффективной быстроты действия высоковакуумных криогенных и адсорбционных насосов. I всесоюзн. научно-техн. конф. по криогенной технике, сб. тезисов. JL, 1974, с. 64−65.
- А. М. Макаров, Т. А. Панкратова, К расчету быстроты действия высоковакуумных насосов с сорбирующими полостями. Процессы и технология в криогенном машиностроении. Науч.-техн. сб. НПО Криогенмаш., М., 1975, с. 156−173.
- А. М. Макаров, Т. А. Панкратова, Одномерные течения разреженного газа в высоковакуумных насосах. Прикладные вопросы тепломассообмена, ДГУ, Днепропетровск, 1976, с. 62−67.
- В. В. Леонов, А. М. Макаров, В. М. Мухин, Расчет эффективной быстроты действия высоковакуумных насосов за теплозащитными экранами. -ВАНТ, сер. Физика и техника высокого вакуума, 1974, в. 1(2), с. 19−24.
- Г. Л. Саксаганский, Молекулярные потоки в сложных вакуумных структурах. — М.: Атомиздат, 1980.—216 с.
- Г. Л. Саксаганский (ред.), Физика и техника сверхвысокого вакуума. Сборник. Л.: Машиностроение, 1968.
- А. А. Глазков, И. Ф. Малышев, Г. Л. Саксаганский, Вакуумные системы электрофизических установок. М., Атомиздат, 1975.
- Ю. А. Кошмаров, Ю. А. Рыжов. Прикладная динамика разреженного газа. М.: Машиностроение, 1977, 184 с.
- М. Н. Коган, Динамика разреженного газа (кинетическая теория). М.: Наука, 1967, 440 с.
- Д. В. Быков, Анализ эффективности геттерных структур, Электронное машиностроение, робототехника и технология ЭВП, Москва, МИЭМ, 1984, 142−149.
- А. Д. Савельев, В. С. Баранов, Ю. А. Суринов, Тез. докл. на III Всесоюзн. конф. по физике и технике высокого вакуума. Л., ЛОП НТО Приборпром, 1971, с. 37.
- Л. С. Гуревич, Г. Л. Саксаганский, Расчет сорбирующих систем методом алгебры лучистых потоков. НИИЭФА, препринт, Л., А-0157, 1972.
- С. Р. Галимов ИФЖ, 1975, т. 24, № 6, с. 1036.
- Р. Зигель, Дж. Хауэлл, Теплообмен излучением. М., Мир, 1975.
- Э. М. Спэрроу, Р. Д. Сесс, Теплообмен излучением. М., Энергия, 1971.
- А. Г. Блох, Основы теплообмена излучением. М., Госэнергоиздат, 1962, 332 с.
- Ю. А. Суринов. В кн.: Проблемы энергетики. Тр. ЭНИН АН СССР, М., 1959, с. 423.
- Ю. А. Суринов. Изв. АН СССР. Сер. Энергетика и транспорт, 1965, № 5, с. 131.
- Т. М. Муратова, Д. А. Лабунцов, Кинетический анализ процессов испарения и конденсации. Теплофизика высоких температур, 1969, т. 7, № 5, с. 959−967.
- В. В. Аристов, Ф. Г. Черемисин, Прямое численное решение кинетического уравнения Больцмана. М., ВЦ РАН, 1992.
- К. Хир, Статистическая механика, кинетическая теория и стохастические процессы. М., Мир, 1976, 600 с.
- Ю. Б. Румер, М. Ш. Рывкин, Термодинамика, статистическая физика и кинетика. -М., Наука, 1977, 552 с.
- N. Metropolis, S. Ulam, The Monte-Carlo method. J. Avtr. Statist. Assoc., 1949, v. 44, No. 247, pp. 335−341.
- H. Kahn, Random Sampling (Monte-Carlo) techniques in neutron attenuation problems. -Nucleomics, 1950, v. 6, No. 5, pp. 27−33- 1950, v. 6, No. 6, pp. 6065.
- И. M. Гельфанд, А. С. Фролов, H. H. Ченцов, Вычисление континуальных интегралов методом Монте-Карло. Изв. Вуз. Математика, 1958, в. 5.
- В. С. Владимиров, Численное решение кинетического уравнения для сферы. Вычислительная математика, 1958, № 3, с. 3−33.
- И. М. Соболь, Метод Монте-Карло (популярные лекции по математике). -М., Наука, 1968, 62 с.
- И. М. Соболь, Численные методы Монте-Карло. М., Наука, 1973, 311 с.
- С. М. Ермаков, Метод Монте-Карло и смежные вопросы. М., Наука, 1975.
- D. Davis, A Monte-Carlo calculation of molecular flow rates through cylindrical elbow and pipes of other shapes. J. of Appl. Phys., 1960, v. 31, No. 7, pp. 1169−1176.
- D. Davis, L. Levenson, N. Milleron. Trans 7 AVS Nat. Vac Symp., 1960, Oxford: Pergamon Press, 1961, pp. 372−377.
- D. Davis, L. Levenson, N. Milleron, Advances in Applied Mechanics. Suppl. 1, Rarefied Gas Dynamics, NY: Acad. Press. Inc., pp. 95−115.
- D. Davis, L. Levenson, N. Milleron. Le Vide, 1963, v. 103, pp. 42−54.
- D. Davis, L. Levenson, N. Milleron. J. of Appl. Phys., 1964, v. 35, No. 3, pp. 529−532.
- W. De Marcus, Knudsen flow through a channel with rough walls. AEC Research and Dev. Report, K-1435, 1959, Oak Ridge, Tennessee, USA.
- E. Fischer and H. Mommsen Vacuum 17, 309 (1967)
- A. S. Berman. Free molecule flow in an Annulus. Journal of Applied Physics, 1969, v. 40, pp. 4991−4992.
- В. B. Dayton. Proc. of 3-rd AVS National Vacuum Symposium, 1956, Pergamon Press, 1957, pp. 5−11.
- O. Reynolds Phil. Trans. 1879 v. 170 part II, p. 727.
- Y. Oka, T. Takanashi, R. Akiyama, O. Kaneko, K. Toi, H. Morimoto, M. Terashima, T. Kuroda. Development of cryosorption pump for neutral beam injector- Fusion Engineering and Design, 1996.
- R. A. Haefer, Kryo-Vakuumtechnik: Grundlagen und Anwendungen, SpringerVerlag, Berlin, 1980.
- А. П. Крюков, Элементы физической кинетики. Издательство МЭИ, 1995, 72 с.
- Н. В. Татаринова, А. В. Мурадян. Способ измерения количества газа, поглощенного геттером. Авторское свидетельство (19)SU (11)1109822А.
- S. В. Nesterov, Yu. К. Vassiliev, A. P. Kryukov, «Influence of the vacuum chamber shape on the non-uniformity of gas distribution». Vacuum, 1999, vol. 53, pp. 193−196.
- N. V. Tatarinova, Proceedings of XVIIIth International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum, Linear Part of voltage current characteristics for prebreakdown currents, Eindhoven, pp. 76−79, 1998.
- Nesterov S. B, Vassiliev Yu. K, Saksaganski G. L, Loginov B. A, Protasenko V. V. «How the sorbent microgeometry effects the sorptional characteristics of cryopumps» Vacuum, 1999, vol. 53, p. 263−267
- AVS standard 4.1, J. Vac. Sci.Technol. 8(5), 664 (1968)
- M. Boiarski, L. Wagner, Нестеров С. Б, Васильев Ю. К. «Моделирование характеристик крионасоса для откачки водородосодержащих смесей». -Материалы V научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника», Гурзуф, 1998, с. 95−100.
- М. Boiarski, L. Wagner, S. Nesterov, Yu. Vassiliev Hydrogen pumping simulation for cryopumps. Journal of Vacuum Science and Technology (A), 1999, vol. 17, № 4, Jul-Aug, pp. 2099−2103.
- Б. Д. Ершов, Г. Л. Саксаганский, Препринт А-0219. Л., НИИЭФА, 1974.
- Б. Д. Ершов, Г. Л. Саксаганский, Докл. На IV Всесоюзн. конф. по физике и технике высокого вакуума. Л, 1974.
- Б. Д. Ершов, Г. Л. Саксаганский. Журн. техн. физ, 1979, т. 49, в. 9, с. 1814.
- А. П. Крюков, И. Н. Шишкова, Конденсация смесей при наличии трудно конденсируемого компонента Труды 1-ой Российской национальной конференции по теплообмену. М.: МЭИ, 1994, Т.5, с. 90−96.
- А. П. Крюков, И. Н. Шишкова, Многомерные задачи о конденсации смеси пар-газ (на англ. яз.) Труды 20-го международного симпозиума по динамике разреженного газа. Пекин. 1997, с. 890−895.
- JI. H. Розанов Журн. техн. физ., 1973, т. 3, в. 4, с. 873.
- Л. Н. Розанов Журн. техн. физ., 1973, т. 63, № 6, с. 1284−1289.
- JI. Н. Розанов, В. М. Лебедев, В. В. Щенев, Расчеты проводимости сложных высоковакуумных систем. Новые исследования по физике и технике высокого вакуума. III Всесоюзн. научно-техн. конф. «Физика и техника высокого вакуума», Л., 1971, с. 133.
- Л. Н. Розанов, Вакуумные машины и установки. Л., Машиностроение, 1975.
- Л. Н. Розанов, В. В. Щенев, Математическое моделирование течения газа в молекулярном режиме при равномерном угловом распределении молекул на входе. Научн.-техн. сб. «Электронная техника», с. 4, в. 1, 1974, с. 3340.
- JI. И. Калашник, А. М. Кислов, Э. М. Лившиц, Расчет параметров криогенных вакуумных камер методом Монте-Карло. ИЖФ, 1967, т. 13, № 6.
- Л. И. Калашник, А. М. Кислов, Э. М. Лившиц, Моделирование имитаторов космоса на ЭВМ. Криогенная и вакуумная техника, Харьков, 1968, в. 4.
- Л. И. Калашник, А. М. Кислов, Э. М. Лившиц, Расчет эффективности подсветки лазера методом статистического моделирования. -Вычислительная математика и вычислительная техника, Научн.-техн. сб. Харьков, 1969, в. 1.
- Л. И. Калашник, А. М. Кислов, Э. М. Лившиц, Статистическое моделирование процесса напыления пленок в вакууме. ИЖФ, 1969, т. 17, в. 1, с. 140.
- А. М. Кислов, Расчет молекулярного течения в вакуумных системах с поглощающими стенками. Вычислительная математика и вычислительная техника, Научн.-техн. сб. Харьков, 1971, в. 2.
- А. М. Кислов, Э. М. Лившиц, О сравнении эффективностей двух схем статистического моделирования в задачах переноса — Вычислительная математика и вычислительная техника, Научн.-техн. сб. Харьков, 1972, в. 3.
- А. М. Кислов, Расчет методом Монте-Карло распределения молекулярных потоков в криогенной вакуумной камере и сравнение его с экспериментом. Криогенная и вакуумная техника, Научн.-техн. сб. Харьков, 1973, в. 3.
- Y. Suetsugu. Application of the Monte-Carlo Method to Pressure Calculation. J. Vac. Sei. Technol. 1996, A 14 (1), p. 245.
- С. Б. Нестеров, Ю. К. Васильев, А. П. Крюков, «Влияние формы вакуумного объёма на неравномерность газового распределения», Вакуумная техника и технология, 1999, т. 9, н. 1, стр. 9−16
- С. Б. Нестеров, Ю. К. Васильев, «Исследование термомолекулярного эффекта». Материалы V научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника», Гурзуф, 1998, с. 56−61.
- S. В. Nesterov, Yu. K. Vassiliev, G. L. Saksaganski- Study of Microgeometry of Activated Coals and Non-evaporable Getters. Book of abstracts of AVS 46th International Symposium. Abstract #492,1999.
- S. B. Nesterov, Yu. K. Vassiliev, R. C. Longsworth- Affect on Pumping-Speed Measurements Due to Variations of Test Dome Design Based on Monte-Carlo Analysis. Book of abstracts of AVS 46th International Symposium, 1999.
- С. Б. Нестеров, Ю. К. Васильев- Влияние испытательной камеры на измерения быстроты действия. Вопросы атомной науки и техники, сер. «Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники». Харьков, 1999, вып. 1(9), с. 33−37.
- С. Б. Нестеров, Ю. К. Васильев- Влияние углового распределения частиц на проводимость. Материалы VI научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника», Гурзуф, 1999, с. 101−109.
- S. Nesterov, A. Kryukov, Yu. Vassiliev, Influence of the vacuum chamber shape on the non-uniformity of gas distribution. Abstract (VS.Pmo.177). Int. vacuum congress. Birmingham, 1998.
- S. Nesterov, G. Saksagansky, Yu. Vassiliev, B. Loginov, V. Protasenko, How the sorbent microgeometry effects the sorptional characteristics of cryopumps. Abstract (VS.Pwe.179). Int. vacuum congress. Birmingham, 1998.
- M. Boiarski, L. Wagner, S. Nesterov, Yu. Vassiliev Hydrogen pumpingthsimulation for cryopumps. Abstract (VT-TuA9). 45ш Int. symposium: vacuum, thin films, surfaces/interfaces & processing. Baltimore, 1998.
- С. Б. Нестеров, Ю. К. Васильев, Исследование термомолекулярного эффекта. Тезисы в материалах V научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника», Гурзуф, 1998.
- М. Boiarski, L. Wagner, Нестеров С. Б, Васильев Ю. К. Моделирование характеристик крионасоса для откачки водородосодержащих смесей. Тезисы в материалах V научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника», Гурзуф, 1998.
- Ю. К. Васильев, А. П. Крюков, С. Б. Нестеров, Расчёт коэффициентов захвата сложных вакуумных структур. Тезисы докладов III научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов «Вакуумная наука и техника». Гурзуф, сентябрь, 1996 г, с. 55.
- Ю. К. Васильев, С. Б. Нестеров, Расчёт коэффициента температурной транспирации для произвольной конфигурации вакуумной системы. Тезисы докладов VI международной студенческой школы-семинара «Новые информационные технологии». Судак, май 1998, с. 70.
- Ю. К. Васильев, С. Б. Нестеров, Моделирование и расчёт реальных вакуумных устройств. Тезисы докладов VI международной студенческой школы-семинара «Новые информационные технологии». Судак, май 1998, с. 71.
- Ю. К. Васильев, Моделирование и расчёт реальных вакуумных устройств. Тезисы в материалах XXXV международной научной студенческойконференции «Студент и научно-технический прогресс», Новосибирск, 1997, с. 25−26.
- Ю. К. Васильев, С. Б. Нестеров, Расчет сложных вакуумных систем. Материалы VI международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», с. 126, Москва, 2000.
- С. Б. Нестеров, Ю. К. Васильев, Г. Л. Саксаганский, Комплексное исследование системы откачки продуктов реакции термоядерного синтеза ITER. Материалы VII научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника», Судак, 2000, с.
- Ю. К. Васильев, С. Б. Нестеров, Исследование влияния микроструктуры на характеристики нераспыляемых геттеров. ВТТ, 2000, № 1, с. 9−14.
- С. Б. Нестеров, Ю. К. Васильев, Анализ влияния измерительной камеры на откачные характеристики крионасосов. Материалы Седьмой научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов «Вакуумная наука и техника». Судак. 2000. с. 122−127.
- С. Б. Нестеров, Ю. К. Васильев, Разработка системы автоматизированного проектирования вакуумных систем комплексов микроэлектроники. -Материалы международной молодежной конференции XXVII Гагаринские чтения. Москва, 2001, т. 6, с. 58.
- С. Б. Нестеров, Ю. К. Васильев, Комплексная структурная оптимизация вакуумного оборудования систем микроэлектроники. Материалы международной молодежной конференции XXVII Гагаринские чтения. Москва, 2001, т. 6, с. 60.
- С. Б. Нестеров, Ю. К. Васильев, Эффекты в разреженном газе и их анализ. Материалы IV международного симпозиума «Вакуумные технологии и оборудование», Харьков, 2001.
- С. Б. Нестеров, Ю. К. Васильев, Программный комплекс для анализа параметров вакуумных систем любой степени сложности. Материалы IV международного симпозиума «Вакуумные технологии и оборудование», Харьков, 2001.
- С. Б. Нестеров, Ю. К. Васильев, Г. Л. Саксаганский, Анализ криовакуумных условий в зоне «Камера экран — система катушек тороидального поля» ИТЭР. — Материалы IV международного симпозиума «Вакуумные технологии и оборудование», Харьков, 2001.
- С. Б. Нестеров, Ю. К. Васильев, Г. Л. Саксаганский, Проектирование сложных вакуумных систем для проекта ИТЭР. Материалы научно-технической конференции «Вакуум-2001», Казань, 2001.
- С. Б. Нестеров, Ю. К. Васильев, Система автоматизированного проектирования вакуумных систем. Материалы научно-технической конференции «Вакуум-2001», Казань, 2001.
- S. Nesterov, Yu. Vassiliev, R. С. Longsworth, Affect on pumping-speed measurements due to variations of test dome design based on Monte-Carlo analysis. Journal of Vacuum Science and Technology, 2001.
- G. A. Bird. Molecular Gas Dynamics and Direct Simulation of Gas Flows. -Oxford University Press, Oxford, 1996.