Verifikation von Simulationsergebnissen, Ausweitung der Modellierungstiefe in den Bereich des Feinvakuums

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Andreas Brümmer
• Subject Area: Fluid Mechanics
• Term: from 2009 to 2013
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 100410726

• Final Report Year: 2013

Final Report Abstract

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde ein Modell zur Simulation der Betriebseigenschaften von Rotationsverdränger-Vakuumpumpen am Beispiel von Schraubenspindelvakuumpumpen ausgeweitet und in ein Simulationssystem umgesetzt. Das Modell basiert auf der Abstraktion der Vakuumpumpe durch Arbeitskammern und Verbindungen. Die Zustandsänderungen zwischen den Arbeitskammern werden in Stufen isentrop mit vollständiger Rückkühlung angenähert. Die als wesentlich für die Betriebseigenschaften herausgearbeiteten Spaltmassenströme werden durch verschiedene Modelle repräsentiert, wobei insbesondere die unterschiedlichen Strömungsformen in Abhängigkeit der Knudsenzahl im Spalt beachtet werden. Zusätzlich wird eine bewegte Spaltberandung im Bereich der freien Molekularströmung sowie im Übergangsbereich der Knudsenströmung berücksichtigt. Zur Validierung der Simulationsmodelle wurden drei Schraubenspindelvakuumpumpen experimentell untersucht. Eine dieser Pumpen wurde im Rahmen des Projektes entwickelt, konstruiert und gebaut. Insgesamt konnten die gewählten Ansätze zur Simulation der Vakuumpumpen anhand des Experiments sowohl für das Grob- als auch für das Feinvakuum umfänglich validiert werden. Das Simulationssystem wurde im Weiteren dazu genutzt, energetisch optimierte Steigungsverläufe für die Rotoren von Schraubenspindelvakuumpumpen zu generieren. Die physikalische Analyse der optimierten Rotoren führte auf neue Auslegungskriterien für diese Typen von Vakuumpumpen, die zur Gestaltung zukünftiger Schraubenspindelvakuumpumpen z.B. durch die Industrie genutzt werden können.

Publications

• A theoretical analysis of gradient progessions for screw spindle vacuum pumps. EVC-Conference Salamanca, 2010
  Pfaller, D.; Brümmer, A.; Kauder, K.
  
• Multi-criteria optimization of pitch curves for screw-type vacuum pumps. In: Schraubenmaschinen 2010, VDI Bericht 2101, VDI-Verlag, Düsseldorf 2010
  Pfaller, D.; Brümmer, A.; Kauder, K.
  
• Optimized rotor pitch distributions for screw spindle vacuum pumps. In: Vacuum, Volume 85, Issue 12, Elsevier Verlag, 2011
  Pfaller, D.; Brümmer, A.; Kauder, K.
  
• Einfluss der Verdrängergeometrie auf die Auslegung von Schraubenspindel-Vakuumpumpen. Dissertation, FG Fluidtechnik, TU Dortmund Shaker Verlag 2012. ISBN 978-3-8440-1291-0
  Pfaller, D.