纳米实验装置在核物理,原子分子物理,生物物理等领域有重要的应用。磁控溅射团簇源和空气动力学透镜是随着纳米技术的发展而产生的实验装置。本人是兰州大学和德国弗莱堡大学联合培养的博士研究生,在利用德国弗莱堡大学磁控溅射团簇源进行相关研究过程中,发现该装置存在一些不足。基于此,本论文进行了相关模拟研究,核心内容是磁控溅射团簇源的理论研究以及空气动力学透镜的设计与评估。主要研究的内容如下:1.利用计算流体动力学(CFD)方法,研究磁控溅射管中入射气流方向对团簇轨迹的影响。结果表明布朗运动严重干扰粒子在磁控溅射管的运动,角度为90°时,团簇的通过率最大,团簇的通过率随着粒子尺寸的增大而增大。2.利用CFD方法模拟团簇在冷凝腔的轨迹。粒子所受之力为气体的阻力和布朗力。在轴对称结构中,氦气被认定为稳定的单向流体,用此可以模拟涡流对团簇轨迹的影响。模拟结果显示在氦气中,布朗运动严重影响了直径小于50 nm的粒子的通过率,涡流增加了粒子沉积到腔内壁的概率。为此,我们完善了团簇源的结构,增加了一个缓冲区,模拟了缓冲区对团簇源的作用,结果表明,修正后的团簇源性能明显提高。3.利用CFD方法模拟喷嘴形状的作用。模拟结果显示喷嘴的形状对团簇的通过率和束流宽度影响。4.设计了一套用来聚焦直径小于10 nm的纳米粒子的空气动力学透镜。从模拟得到的粒子轨迹图,可以得出大部分微小粒子由于扩散作用沉积到了腔壁上。我们也研究了布朗运动对粒子的输出的影响。从模拟结果可以看到布朗运动干扰了纳米粒子的轨迹,从而提高了纳米粒子沉淀到腔壁的概率。我们也研究了透镜系统的结构对纳米粒子的影响。结果显示透镜系统的结构影响了束流宽度和纳米粒子的传输率。