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摘要：狭缝式静压气浮平台的一个重要性能参数是质量流量是。本文分别采用了解析法和有限体积法对狭缝式静压气浮平台的质量流量进行了计算。经过比对分析，结果表明通过两种方法计算得到的质量流量均与供气压力成正比关系，而且当供气压力增加时，两种方法的计算结果趋于一致。但是由于有限体积法可以考虑更多实际因素的影响，其结果更接近真实情况。
关键词：质量流量；狭缝式气浮平台；解析法；有限体积法
中图分类号：TH138.1 文献标志码：A 文章编号：
Abstract：An important performance parameter of the slotted static air flotation platform is the mass flow rate. In this paper，the analytical method and the finite volume method are used to calculate the mass flow rate of the slot static pressure air flotation platform. After comparison analysis，the results show that the mass flow calculated by the two methods is proportional to the supply pressure，and when the supply pressure increases，the calculation results of the two methods tend to be consistent. However，due to the finite volume method，the influence of more practical factors can be considered，and the result is closer to the real situation.
Keywords：mass flow；air bearing table；Analytical method；finite volume method
引言
随着现代信息科技的发展，计算机性能也不断增强。但是用来制作芯片的硅片的尺寸越来越大，其品质要求也越来越高，从而导致其制造运输的难度也相应增加[1]。
狭缝式静压气浮平台现在已被广泛应用于硅片的运输中[2]。在使用过程中会涉及到质量流量的计算，在以往的工程应用中通常采用简化算法来计算其质量流量。但是简化算法不能很好地反应当工作环境的压力发生变化时对静压气浮平台气体质量流量产生的影响。目前基于有限体积法的计算流体力学仿真软件Fluent已经成为研究流体力学领域的一种重要手段[3]。以往一些几乎不可能用理论分析得到精确结果的复杂模型，现在可以通过计算机仿真来解决。
1 基于解析法计算狭缝式气浮平台的质量流量
气浮平台的质量流量：
（15）
式中T为热力学温度，环境温度是27℃，则T取值为300K。R为理想气体常数，对室温下的空气R取287.6J/kg·K， 为气体动力粘度，一般取 Pa.s。
根据以上推导内容，我们选取供气压力为0.15～0.25MPa的11组数据时，该模型的质量流量如表1所示。
2 基于有限体积法的静压狭缝式气浮平台的质量流量分析
本文使用Fluent软件对静压狭缝式气浮平台质量流量进行分析仿真，其不受几何体的复杂程度限制，其解的稳定性和精确性都较好[5]。下面使用Fluent对本文中的模型进行仿真。
取气浮平台上的狭缝以及气膜层进行分析。为使得计算结果具有更高的精度且收敛速度会更快，划分网格时尽可能使用结构化网格划分。为了节约计算资源且加快计算速度，我们将气膜的 使用Mesh划分后的网格局部如图1所示。
在供气流道处施加边界条件为pressure inlet，气膜四周的间隙施加的边界条件为压力出口pressure outlet，并认为在气膜边界出口处加压空气的压力已经衰减为外界环境压力101325Pa。模型的两个侧面设置为周期性边界，其他外表面均设为壁面（wall）。
在不同压力条件下，基于Fluent的的质量流量的计算结果如表2所示。
3 结论
本文分别采用解析法和有限体积法对狭缝式静压气浮平台的质量流量进行了计算，经过对比分析，结果表明：静压气浮平台质量流量随着供气压力的增加而增大，两种方法得到的质量流量变化趋势相同；随着供气压力的增加，两种方法的计算结果逐渐趋于一致。Fluent几乎不受几何体模型细节复杂程度的限制，而且在计算中可以考虑了更多影响因素，所得结果更接近实际情况。
参考文献
[1]丛明，于旭，徐晓飞硅片传输机器人的发展及研究现状[J]. 机器人技术与应用. 2007，（04）.18-23
[2]王涛，杨玉贵，彭光正.半导体及平板显示制造业中的空气非接触搬运技术[J]. 液晶与显示. 2009，（03）.404-408
[3]王福军.计算流体动力学分析一 CFD 软件原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2004.
[4]党根茂.气体润滑技术[M].南京：东南大学出版社，1990.
[5]孙西芝，陈时锦，程凯.空气静压导轨静态性能的解析计算及分析[J]. 机械设计及制造，2005（1）.
作者简介：黄磊（1992-），男（汉族），重慶，硕士在读，研究方向，静压气浮平台运输。
（作者单位：西华大学 机械工程学院）
关键词：质量流量；狭缝式气浮平台；解析法；有限体积法
中图分类号：TH138.1 文献标志码：A 文章编号：
Abstract：An important performance parameter of the slotted static air flotation platform is the mass flow rate. In this paper，the analytical method and the finite volume method are used to calculate the mass flow rate of the slot static pressure air flotation platform. After comparison analysis，the results show that the mass flow calculated by the two methods is proportional to the supply pressure，and when the supply pressure increases，the calculation results of the two methods tend to be consistent. However，due to the finite volume method，the influence of more practical factors can be considered，and the result is closer to the real situation.
Keywords：mass flow；air bearing table；Analytical method；finite volume method
引言
随着现代信息科技的发展，计算机性能也不断增强。但是用来制作芯片的硅片的尺寸越来越大，其品质要求也越来越高，从而导致其制造运输的难度也相应增加[1]。
狭缝式静压气浮平台现在已被广泛应用于硅片的运输中[2]。在使用过程中会涉及到质量流量的计算，在以往的工程应用中通常采用简化算法来计算其质量流量。但是简化算法不能很好地反应当工作环境的压力发生变化时对静压气浮平台气体质量流量产生的影响。目前基于有限体积法的计算流体力学仿真软件Fluent已经成为研究流体力学领域的一种重要手段[3]。以往一些几乎不可能用理论分析得到精确结果的复杂模型，现在可以通过计算机仿真来解决。
1 基于解析法计算狭缝式气浮平台的质量流量
气浮平台的质量流量：
（15）
式中T为热力学温度，环境温度是27℃，则T取值为300K。R为理想气体常数，对室温下的空气R取287.6J/kg·K， 为气体动力粘度，一般取 Pa.s。
根据以上推导内容，我们选取供气压力为0.15～0.25MPa的11组数据时，该模型的质量流量如表1所示。
2 基于有限体积法的静压狭缝式气浮平台的质量流量分析
本文使用Fluent软件对静压狭缝式气浮平台质量流量进行分析仿真，其不受几何体的复杂程度限制，其解的稳定性和精确性都较好[5]。下面使用Fluent对本文中的模型进行仿真。
取气浮平台上的狭缝以及气膜层进行分析。为使得计算结果具有更高的精度且收敛速度会更快，划分网格时尽可能使用结构化网格划分。为了节约计算资源且加快计算速度，我们将气膜的 使用Mesh划分后的网格局部如图1所示。
在供气流道处施加边界条件为pressure inlet，气膜四周的间隙施加的边界条件为压力出口pressure outlet，并认为在气膜边界出口处加压空气的压力已经衰减为外界环境压力101325Pa。模型的两个侧面设置为周期性边界，其他外表面均设为壁面（wall）。
在不同压力条件下，基于Fluent的的质量流量的计算结果如表2所示。
3 结论
本文分别采用解析法和有限体积法对狭缝式静压气浮平台的质量流量进行了计算，经过对比分析，结果表明：静压气浮平台质量流量随着供气压力的增加而增大，两种方法得到的质量流量变化趋势相同；随着供气压力的增加，两种方法的计算结果逐渐趋于一致。Fluent几乎不受几何体模型细节复杂程度的限制，而且在计算中可以考虑了更多影响因素，所得结果更接近实际情况。
参考文献
[1]丛明，于旭，徐晓飞硅片传输机器人的发展及研究现状[J]. 机器人技术与应用. 2007，（04）.18-23
[2]王涛，杨玉贵，彭光正.半导体及平板显示制造业中的空气非接触搬运技术[J]. 液晶与显示. 2009，（03）.404-408
[3]王福军.计算流体动力学分析一 CFD 软件原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2004.
[4]党根茂.气体润滑技术[M].南京：东南大学出版社，1990.
[5]孙西芝，陈时锦，程凯.空气静压导轨静态性能的解析计算及分析[J]. 机械设计及制造，2005（1）.
作者简介：黄磊（1992-），男（汉族），重慶，硕士在读，研究方向，静压气浮平台运输。
（作者单位：西华大学 机械工程学院）