Πειραματική μελέτη ροής αραιοποιημένων αερίων (Rarefied Gases), σε διάταξη μικροαγωγών

Abstract

Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται μια περαματική μελέτη της ροής αραιοποιημένων αερίων σε διάταξη μικροαγωγών. Τα αέρια που χρησιμοποιούνται είναι το Αργό, το Ήλιο και ο αέρας, η ροή των οποίων γίνεται σε μια κατάλληλα διαμορφωμένη διάταξη ώστε οι πιέσεις να είναι ιδιαίτερα χαμηλές (της τάξης των mbar). Πιο συγκεκριμένα, οι μικροαγωγοί έχουν χαρακτεί σε πλάκες πυριτίου, με τη μέθοδο της λιθογραφίας και αντλία νερού ελαττώνει την πίεση εντός των αγωγών σε επιθυμητά επίπεδα. Οι παράμετροι που εξετάστηκαν ήταν το πλάτος των καναλιών, το βάθος τους, το μήκος τους, ο αριθμός των καναλιών, το αέριο και η διαφορά πίεσης μεταξύ εισόδου και εξόδου των καναλιών. Οι μακροσκοπικές ιδιότητες της ροής υπολογίζονται από τις μετρήσεις που λαμβάνονται από τους αισθητήρες πίεσης και θερμοκρασίας, που είναι εγκατεστημένοι στην είσοδο και έξοδο αντίστοιχα. Οι υπολογισμένες αυτές ποσότητες συγκρίνονται με τα αποτελέσματα που δίνουν αναλυτικά μοντέλα προσομοίωσης της ροής.

An experimental flow investigation of rarefied gases in microchannels is presented in this study. Argon gas, Helium gas and air were used in an appropriate experimental setup, so that low absolute pressurew were obtained (of the order of a few mbars), within a number of parallel microchannels were etched on silicon pieces using lithography and a vacuum pump which reduced the pressure in the microchannels to desired levels. The examined parameters were: the width, the depth, the length, the number of the channels, the type of gas and the pressure difference between the entrance and the exit of the channels. The macroscopic quantities of the flow were calculated based on the measurements that were taken from pressure and temperature sensors. These quantities were compared with the results that computation models provided.