径向微型分子泵结构设计及抽气性能仿真

谢天意，谢元华，窦仁超，孟冬辉，刘 坤，巴德纯，孙立臣，闫荣鑫

（1.东北大学 机械工程与自动化学院，沈阳110819；2.北京卫星环境工程研究所，北京100094）

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随着科学技术的发展，航天探索、科学考察、军事工程、医疗健康等领域均对探测仪器设备的微小型化提出了新的需求。分子泵作为获得高真空环境的核心设备，其微小型化是其未来发展的一个重要方向。传统涡轮分子泵的转子直径通常大于75 mm，对于大多数便携式应用设备而言体积过于庞大。而微型分子泵的体积小、重量轻、功耗低，能够满足航天及长期深空飞行的轻载荷要求，可以配合质谱仪等进行火星环境探测、航天器内空气及污染物监测等，具有广阔的应用价值与技术前景。

分子泵叶片角度、叶片间距、安装间隙等叶列结构参数直接影响分子泵抽气性能，利用数值仿真模拟分析可以有效判断分子泵结构设计的优劣；采用Molflow+软件和试验粒子蒙特卡罗方法可以有效模拟分子流态下分子泵几何叶列模型气体分子的传输概率。目前分子泵的研究主要集中在轴向分子泵方面：张鹏飞等采用蒙特卡罗法模拟计算了分子泵叶列传输概率，比较了三维模型和二维模型的差异，实现了涡轮分子泵计算方法的优化；Heo等利用直接模拟蒙特卡罗法对分子流、过渡流态分子泵叶列进行计算分析，根据分子泵单排叶列模拟结果推算出抽气、过渡、压缩阶段整体叶列的抽气性能；孙浩等采用混合分段法计算分子泵压缩比，给出了分子流态下采用特征系数法计算分子泵压缩比的适用范围；……