Αριθμητική μελέτη Αραιοποιημένων Αερίων σε Μικροαγωγούς

Abstract

Στην παρούσα εργασία έγινε αριθμητική μελέτη της ροής αερίων (αργού, ηλίου και αέρα) σε διδιάστατους μικροαγωγούς υπό συνθήκες χαμηλών απόλυτων πιέσεων. με βάση τις τιμές των αριθμών Knudsen η ροή θεωρήθηκε ροή ολίσθησης. Για την επίλυση του πεδίου ροής χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό Ansys 12.1. Το βάθος των αγωγών ήταν μεταξύ 18μm και 30μm και το μήκος τους 5000μm. Ορίσθηκε η διαφορά πίεσης μεταξύ της εισόδου και της εξόδου των αγωγών εφαρμόζοντας σε πρώτη φάση τη συνθήκη μη ολίσθησης. Στη συνέχεια, προκειμένου να εφαρμοστεί η οριακή συνθήκη ολίσθησης θεωρήθηκε ότι τα τοιχώματα του αγωγού κινούνταν με ταχύτητα εξαρτώμενη από τη διατμητική τάση του ρευστού στο στερεό τοίχωμα του αγωγού. Συγκρίνοντας τα αποτελέσματα των δύο αυτών περιπτώσεων, όσον αφορά την παροχή μάζας, διαπιστώθηκε πως τα αποτελέσματα παρουσίαζαν πολύ μικρότερς αποκλίσεις με την εφαρμογή της συνθήκης ολίσθησης με βάση αναφοράς τα θεωρητικά δεδομένα (που προέκυψαν από τη λύση της εξίσωσης Boltzmann) αλλά και διαθέσιμα πειραματικά δεδομένα.

This diploma thesis presents the simulation of argon, helium and air flow under low absolute pressures in straight rectangular micro channels, using Ansys 12.1 Design Modeler, Meshing and Fluent commercial CFD software. The channels used were 250-285κm wide, 4750κm-5000κm long and ranged in depth from 18,27 to 30κm. Slip-flow regime has been assumed due to the corresponding Knudsen numbers which take values from 0,18 to 0,86. The slip flow boundary condition has been employed by considering moving channel walls with a velocity proportional to the wall shear stress. The numerical results have been compared with both theoretical (based on a solution of Boltzmann equation) and experimental data showing satisfactory agreement.