氣體靜壓節(jié)流器微流場焦耳-湯姆遜效應(yīng)的研究.pdf

1、氣體靜壓節(jié)流器已被廣泛應(yīng)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(yīng)用場合，應(yīng)考慮溫度對節(jié)流器的影響。本文從焦耳-湯姆遜效應(yīng)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(jìn)行：
　?。?）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

2、遜系數(shù)逐漸減小；利用FLUENT軟件，對空氣焦耳-湯姆遜效應(yīng)進(jìn)行仿真，研究了進(jìn)氣口壓力、進(jìn)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。
　?。?）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(dǎo)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

3、遜效應(yīng)導(dǎo)致的節(jié)流溫降。同時根據(jù)多變過程的熱力學(xué)特征，得到了氣體在潤滑過程中的溫度分布。
　?。?）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。
　?。?）搭建了氣體靜壓節(jié)流器焦耳-湯姆遜效應(yīng)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