بررسی تاثیر فشار تاپ اند بر فشار محور روتور در یک ماشین سانتریفیوژ با استفاده از روش DSMC

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

عضو هیئت علمی پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای

10.24200/nst.2025.1801.2109
چکیده
در ماشین‌های سانتریفیوژ، بررسی دینامیک گاز نه تنها در فضای داخلی روتور، بلکه در ناحیه بیرونی آن نیز از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. به‌منظور کاهش فشار و توان اصطکاکی در فضای پیرامونی روتور، از پمپ‌های مولکولار بهره گرفته می‌شود. با توجه به ارتباط مستقیم میان فشار در ناحیه تاپ‌اند و فشار درون روتور، درک نحوه تأثیرگذاری متقابل این دو ناحیه، برای طراحی بهینه ماشین، ضروری است. پیش‌بینی فشار دیواره روتور در حین فرآیند گازرسانی و تعیین حدود مجاز تغییرات در پارامترهای عملیاتی و هندسی روتور که می‌توانند بر فشار محور تأثیرگذار باشند، به‌منظور حفظ فشار ثابت در ناحیه تاپ‌اند، از جمله موارد اهمیت بررسی تاثیرپذیری فشار تاپ‌اند از محور روتور به شمار می‎روند. از سوی دیگر، با وجود اهمیت بالای فشار در محور روتور برای طراحان، اندازه‌گیری مستقیم آن با محدودیت‌های فنی مواجه است. در این مطالعه، به‌منظور تعیین ارتباط فشار تاپ‌اند ماشین با فشار محور روتور، جریان گاز درون کل فضای بیرونی روتور به همراه بخشی از ناحیه درونی روتور با استفاده از روش مونت‌کارلوی مستقیم (DSMC) شبیه‌سازی شد. نتایج شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهد که توزیع فشار درون و بیرون روتور به نوع گاز وابسته است. همچنین، با استخراج یک رابطه مشخص شد که افزایش 5/2 برابری فشار در ناحیه تاپ‌اند منجر به افزایش 70 درصدی فشار در محور روتور می‌شود، در حالی‌که افزایش 10 برابری فشار تاپ‌اند، موجب رشد سه‌برابری فشار در محور روتور خواهد شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Investigation of the Effect of Top-End Pressure on Rotor Axial Pressure in a Gas Centrifuge Machine Using the DSMC Method

نویسندگان English

Sadegh Yousefi-Nasab
Jaber Safdari
Javad Karimi-Sabet
Faculty member at the Nuclear Science and Technology Research Institute
چکیده English

In centrifuge machines, the study of gas dynamics is of critical importance not only within the rotor but also in the surrounding external region. To reduce both pressure and frictional power losses in the space around the rotor, molecular pumps are employed. Given the direct interaction between the pressure in the top-end region and that within the rotor, understanding their mutual influence is essential for optimal machine design. Predicting the wall pressure of the rotor during the gas feed process, along with defining acceptable ranges for variations in operational and geometrical parameters that affect rotor axis pressure, is vital for maintaining stable pressure in the top-end region. These considerations underscore the importance of assessing how top-end pressure is influenced by rotor axis pressure. However, despite its significance for designers, direct measurement of rotor axis pressure faces substantial technical challenges. In this study, to establish the relationship between top-end pressure and rotor axis pressure, the gas flow within the entire external space of the rotor, as well as part of its internal region, was simulated using the Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) method. Simulation results reveal that the pressure distribution inside and outside the rotor depends on the type of gas. Moreover, a correlation was derived showing that a 2.5-fold increase in top-end pressure results in a 70% rise in rotor axis pressure, while a tenfold increase in top-end pressure leads to an approximately threefold increase in rotor axis pressure.

کلیدواژه‌ها English

simulation
molecular pump
Top-end pressure
DSMC method
rotor axial pressure

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 12 مرداد 1404