Πειραματική μελέτη ροής αερίου σε διατάξεις μικροαγωγών

Abstract

Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται μια πειραματική διερεύνηση της ροής αραιοποιημένου ρευστού. Tο αέριο που χρησιμοποιούμε είναι το Αργό, η ροή του οποίου γίνεται σε μια κατάλληλα διαμορφωμένη διάταξη ώστε οι μετρούμενες τιμές πίεσης να είναι ιδιαίτερα χαμηλές (της τάξης των mbars).Πιο συγκεκριμένα, οι μικροαγωγοί έχουν χαρακτεί σε τρεις διαφορετικές πλάκες πυριτίου, με τη μέθοδο της λιθογραφίας. Οι παράμετροι που εξετάστηκαν ήταν το πλάτος των καναλιών (από 250 μέχρι 500μm), o αριθμός των καναλιών (από 22 μέχρι 36) και η διαφορά πίεσης μεταξύ των μεταλλικών δεξαμενών (στην είσοδο και την έξοδο των αγωγών). Σε όλες τις περιπτώσεις το βάθος των αγωγών παρέμεινε σταθερό στα 30 μm και το μήκος τους στα 4750 μm. Οι μακροσκοπικές ιδιότητες της ροής (η παροχή μάζας και η μέση ταχύτητα της ροής) υπολογίζονται από τις μετρήσεις που λαμβάνονται από τους αισθητήρες πίεσης και θερμοκρασίας. Κατόπιν, οι υπολογισμένες αυτές ποσότητες συγκρίνονται με τα αποτελέσματα που δίνουν κάποια αναλυτικά μοντέλα προσομοίωσης της ροής.

An experimental investigation of rarefied gaseous flow is presented in this study. Argon is the gas that was used in an appropriate experimental setup, so as low absolute pressures were obtained (of the order of a few mbars), within a number of microtubes. More specifically, the microtubes were etched on three different silicon pieces using lithography. The examined parameters were the width of the tubes (250 to 500 μm), the number of the tubes (22 up to 36) and the pressure difference between two metallic tanks (at the inlet and exit of the tubes, respectively). For all cases the depth of the tubes was fixed and equal to 30μm and their length 4750μm. The macroscopic quantities of the flow (mass flow rate and mean flow speed) were calculated from the pressure measurements of the two tanks and their temperature. Finally, these quantities were compared with the results that an analytical slip-flow model provided.