蒙特卡罗法计算分子流状态下真空管道的传输几率

2014-07-27 张波 中国科学技术大学国家同步辐射实验室

  采用蒙特卡罗法对分子流状态下真空管道的传输几率进行了计算。计算精度随着模拟分子数的增加而显著提高,对于圆柱管道,模拟分子数为1. 0 × 109 时误差在2. 7 × 10 -5 以下。气体分子与管壁的平均碰撞次数与管道纵横比基本相等。分析了传输几率与管道内壁吸附性的关系,通过测量管道两端气压便可计算出管道的抽速。另外,对椭圆和矩形截面管道的流导也进行了计算。

  真空技术的很多领域都需要对流导的精确计算,如真空校准中经常用到的小孔。分子流状态下的管道流导可以用管道入口的流导C0和管道的传输几率p( 也称克劳辛因子) 来表示,p 可由克劳辛积分方程获得,克劳辛积分方程仅仅对于球形结构有解析解,对形状规则的结构可采取数值方法得到近似解,而对于不规则的结构,蒙特卡罗( MC)法是一种行之有效的方法。

  MC 法源于二战中研制原子弹的“曼哈顿计划”,随着计算机技术的进步已得到广泛的应用,在凝聚态物理、应用物理、理论物理等领域中发挥着非常重要的作用。Davis 首先将MC 法用于真空流导的计算,目前在真空镀膜、各种真空泵的结构设计和优化以及真空系统设计等都有应用。在粒子加速器领域,真空室通常是截面为圆形、椭圆形、多边形及其它复杂形状的细长管道,真空技术网(//crazyaunt.cn/)认为MC 法非常适于计算其流导和压力分布,从而为真空系统设计和物理设计提供依据。本文即采用MC 法对圆形、椭圆形和矩形截面管道的传输几率进行计算。

MC 法   采用了MC 法研究方案其他气体团伙在排水管道中的运转需用做以下的假如说:   (1) 气物原子核进入到管网入口通道的地点是光滑划分的,而方法服从组织余弦划分;   (2) 通道内废气位于稳定的的大团伙流睡眠状态,大团伙间的碰撞检测忽视不算;   (3) 不了解线路开口处对气味原子的吸收,气味原子正碰到开口处后同时飞离,其出射导向同一个服从领导余弦分散。   在及以上假定的首先下,跟踪定位每一位原子核从喝进去到出口贸易的跑步趋势,无线传输机率p 当以凭借供水管道网的原子核数M 和来到供水管道网的总原子核数N 之比

蒙特卡罗法计算分子流状态下真空管道的传输几率

  由此可得管道流导pC0,其中C0 = vA /4 为入口孔的流导( v 为气体分子运动的平均速率,A 为入口孔的截面积) 。

  自由性数函数数的引起是MC 统计的的关键时候,会影响力着导致的精确度性。如今长期存在好多自由性数函数数引起形式,规则化同余换算方式是操作极为大面积的形式,C 文字标准化库即利用此法,此法统计网络速度比较快快快但其引起的自由性数函数数回文序列各种相关关系不好,进而不了需求MC 养成对自由性数函数性的需要。MersenneTwister 换算方式是如今适合的有一种换算方式,包括自由性数函数性好、引起网络速度比较快快快、时间长等益处,还可以需求好多形式如MC 养成的需要,这篇文即利用此换算方式。 工作总结   选取蒙特卡罗法对圆型、圆柱体和矩形框载面排水管路的团伙流行输宫外孕的几率实现了算出,科学研究了排水管路纵览比、表面吸咐性已经载面形式对其的危害,在模仿团伙数充裕的情况报告下可赢得充裕高精度的解。蒙特卡罗法能用的 空间很广,能用的 于繁多正空室的流导、压力地域分布的算出和正空控制系统模拟方案,其报告可当为科学实验校正和熟知算出的考生。