微型压缩机的性能分析

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1、.———一一—一—一—一—一一二蕊SCIENCETECHNOLOGY甲.国外技术微型压缩机的性能分析PERFORMANCEANAL丫SISOFMICRO-COMPRESSOR永田英彭福田充宏象载翰油游淤洛关群琳巍稍渗稚舞象扮称丈旅群矛薄藉蒸歇沂井盛熟笼稚缪潍滚摘要:涡旋式微型压缩机的性能已进行过理论研究。特别是，稀薄气体效应下，影响10-3P-101.3KPa(abs)微型压缩机性能的最重要因素—泄漏的计算。当泄漏间隙非常小时稀薄气体效应-200对泄漏流有着重大影响。涡旋形参数在50-500um间优化。此外，本文还提出了一彰P=300种用于涡旋式微型压缩机的采用压电调节器的驱动装置。蹼户--

2、-︺欲网卜、“.、‘-关键词:微型机械压缩机稀薄气体克努森数帜汾之:三三P=400了P-50021关于稀薄气体效应1前言12345如果流动场的代表尺寸接近气体分子这些年因纳米级微观领域加工技术参考长度(“m)的发展，微型机器的研究开发变得轻而易的平均自由行程，流体不能再作为通常的图，大气压以上的克努森数流体力学的连续流来使用.必须将流体作举。随之微型泵等流体机械的研究开发日根据图可以知道，压力在大气压以上，代为稀薄气体流来使用。表示其稀薄气体程益兴盛日趋实用化。另一方面对于实表尺寸在!“m以上，克努森数在01一0.度的无因次数是取气体分子的平均自由行现微型空气压缩系统与微型制冷机必不可001

3、的范围流体是滑动流或者是连续流。程和流体代表尺寸之比的克努森数少的实用性微型压缩机至今尚未实现。22压缩机内部的泄漏有关微型压缩机的研究还不多(Knudsennumber)如式(1)所示[31。流对于微型压缩机来说内部间隙中泄体根据这个值，可以像表1那样进行分类。Fujiwara先生Ill开发出了具有独立的阀装漏损耗的影响最为重要，而且是非常大的置，活塞直径1mm的往复式微型压缩机排问题。本研究用截面积固定的流路中有摩裹1流体的分类气压力达到100kPa(gauge),还有，0011,]提克努森数流动条件擦的绝热流体的法诺流体模型[#]计算内部琳0

4、塞驱动的可以实泄漏流量。如图2所示。关001

5、0.1的范围作为连续流的假设是成隙6的截面积固定的直线摩擦流路(长度mV压缩结构，以开发涡旋部直径1一3mm吸立的.但是是必须考虑固体壁面滑差率!，)、压力氏。的下流侧空间构成。用于分析m尸O气容积在0.5mm3以下的涡旋式微型空气的领域被称为”滑动流’‘。Kn=10以上连续流时法诺流的管摩擦系数使用针对二P了压缩机为目的。在本报告中.首先通过理的范围气体分子间的相互作用没有问题，维槽的下式。mZ论分析进行微型压缩机的性能预测特别是通过对固体壁面的冲突作用被控制的领走___一=。96‘/，R。e_一式、中。Re_=二2二p二u二8~，(。2、)T产是对于微型压缩机的性能作为最重要因域被称为自

6、由分子流。Kn=0.1-10素的内部间隙所导致的泄漏通过考虑到的范围是滑动流和自由分子流的中间领在式(2)中p是密度【kg/m3],u是稀薄气体效应的泄漏模型进行计算。另外域被称为过渡流是分子间的冲突频流速[m/s],S是间隙[m],u是粘度[Pa-s]e对驱动涡旋式微型压缩机的装置也进行了率、分子和固体壁面上的冲突频率达到相对于雷诺数的代表长度用水力直径26，由研究。同程度的流体。空气时的代表长度和克努于间隙非常小Re=2000以下泄漏流形2理论分析森数的关系、把压力作为参数如图1所示。成层流。编辑:韩彬(bjb@sthea.com)65..国外技术HTTP://WWW.STHEA.COM

7、另一方面，间隙在几“m左右时根中。=810·一1170’的范围相当于本来虑到壁面上滑动泄漏流量计算。据图1，泄漏流不作为连续流必须作为稀的排气过程，但是由于排气管被关闭不3.2涡旋形状参数的最佳化薄气体流使用。在滑动流的范围.气体可再进行排气过程所以』即便是在排气腔将搭接间距w固定改变齿厚与齿高，以看作近似连续流但是，在壁面上具有内也持续压缩工作在6=1000。附近达到求作用压力达到最大的涡旋形状。作为一有限