為了提高軸向葉片旋渦結構的真空抽氣性能，用計算流體力學( CFD) 方法對軸向葉片旋渦結構在連續流態下的真空抽氣特性進行模擬，研究了轉速、溫度、入口質量流量、出口壓強、葉片與定子間隙等參數對軸向葉片旋渦結構抽氣性能的影響。研究結果表明： 壓縮比隨轉速增大而增大，隨溫度、入口質量流量、間隙增大而減小，受出口壓強影響較小；多級軸向葉片旋渦結構與高真空抽氣結構串聯，可以獲得高真空。

　　近年來，隨著真空獲得設備的不斷發展，人們研制了各種類型的能夠代替高真空機組工作的高真空直排大氣干泵。軸向葉片旋渦結構主要工作在連續流狀態，由于其體積小、結構簡單，便于優化設計，并且能夠直排大氣，因此被應用于高真空直排大氣干泵低真空側的排氣。

　　目前，國外內學者對旋渦結構抽氣特性的研究主要集中在徑向葉片旋渦結構，而對軸向葉片旋渦結構的研究則較少。美國密歇根州立大學渦輪機械實驗室的Abraham Engeda，Mukarrum Raheel 等用數值模擬、實驗測試等方法對單級和多級的旋渦結構進行了研究，并給出了一些設計參考；韓國學者J. W. Song 等在壓縮流動理論的推導及修正方面做了大量研究。在軸向葉片旋渦結構研究方面，英國學者A. D. Chew 等對EPX 干泵旋渦結構的數值模擬進行了簡述，但沒有對單級結構進行深入研究；國內東北大學的陳瑤等針對徑向葉片旋渦結構，用FLUENT 對高真空干泵中旋渦級的內部流動進行了數值模擬，探討了葉片數目、葉片傾角、流道截面形狀對旋渦結構抽氣性能的影響。

　　由于理論推導過程復雜、限制較多，實驗研究成本高、效率低，因此本文采用數值計算的方法研究分析軸向葉片旋渦結構的真空抽氣特性。在不同流態數值計算中，真空技術網(http://203scouts.com/)發現一般做法是稀薄流用Monte Carlo 方法分析，連續流用數值求解Navier-Stokes 方程分析。

　　考慮到本文研究對象主要工作在連續流狀態，因此采用數值方法求解Navier-Stokes 方程對軸向葉片旋渦結構進行研究，獲得其流動、傳熱等過程的細節和數據。綜合考慮計算機硬件、計算精度、收斂速度等因素，本文采用ANSYS CFX 13. 0 軟件實現上述分析。

1、軸向葉片旋渦結構的計算流體力學模擬

　　1.1、模型創建

　　軸向葉片旋渦結構已經應用在商業產品中，如英國BOC Edwards 公司的EPX 干泵，采用軸向葉片旋渦結構多級串聯進行抽氣，如圖1 所示。

圖1 EPX 干泵定子和轉子

　　本文以葉片對流道內氣體的攪動為研究對象，只考慮葉片與定子的間隙，忽略轉子盤與定子的間隙，對單級的軸向葉片旋渦結構進行模擬，其模型示意圖如圖2 所示，其基本尺寸如圖3 所示。葉片數目60 片，隔舌角度30°，如圖4 所示。

圖2 模型示意圖

圖3 模型尺寸

圖4 流體域模型

　　由于同時存在旋轉部件和靜止部件，建模時將流體域分為運動域( rotating) 和靜止域( stationary) ，并用交界面將兩個域連接。交界面取在隔舌處葉片與泵體間隙的中間位置，如圖3 虛線處。

2、結論

　　本文對軸向葉片旋渦結構在連續流態下的真空抽氣特性進行了數值模擬，通過對模擬計算結果的分析得出以下結論：

　　(1) 計算流體力學方法可以有效模擬連續流態下軸向葉片旋渦結構的真空抽氣特性。

　　(2) 壓縮比隨轉速的增大而增大，隨溫度、入口質量流量、間隙的增大而減小。

　　(3) 入口處在很寬的壓強范圍內，都有較大抽速。

　　(4) 隨著出口壓強降低，壓縮比有一定升高，但不明顯。

　　(5) 多級串聯的軸向葉片旋渦結構可以獲得很高的壓縮比，將氣體抽到過渡流狀態，與其他高真空抽氣結構串聯，可以獲得高真空。