Влияние химического состава и структуры поверхности на течение и теплообмен разреженного газа

• Автор: Ухов, Александр Ильич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 111 с. : ил.

АННОТАЦИЯ
Диссертационная работа «Влияние химического состава и структуры поверхности на течение и теплообмен разреженного газа» посвящена исследованию влияния структуры поверхности и химического состава поверхности на течение и теплообмен разреженного газа. Работа содержит новые научные результаты по тематике взаимодействия газа с поверхностью. Полученные данные имеют существенное теоретическое и прикладное значение для современных отраслей промышленности, связанных с разработкой и моделированием газоуиравляемых микроустройств.

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1. Уравнение Больцмана. Ядра рассеяния

1.2. Коэффициенты аккомодации

1.3. Экспериментальное получение коэффициентов аккомодации

1.4. Теоретическое описание коэффициентов аккомодации

1.5. Коэффициенты аккомодации при решении задач аэротермодинамики
1.6. Некоторые вопросы микрофлюидики
1.7. Шероховатость поверхности
1.8. Сканирующая зондовая и атомно-силовая микроскопия
1.9. Электронная оже-спектроскопия
2. ВЛИЯНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ НА РАССЕЯНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОГО ПУЧКА
2.1. Моделирование рассеяния
2.2. Результаты и обсуждение
2.3. Выводы
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ СТРУКТУР
3.1. Моделирование отдельных пиков шероховатости
3.2. Моделирование шероховатых структур
3.3. Выводы
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ГАЗА В КАНАЛАХ
4.1. Влияние структуры поверхности канала на вероятность прохождения
4.1.1. Описание численного эксперимента
4.1.2. Результаты и обсуждение
4.2. Влияние относительного размера шероховатости на вероятность прохождения канала
4.2.1. Описание численного эксперимента
4.2.2. Результаты и обсуждение
4.3. Выводы
5. ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОВЕРХНОСТИ НА ПРОЦЕССЫ ТЕПЛО- И МАССООБМЕНА
5.1. Моделирование рассеяния атома газа на кристаллической структуре
твердого тела
5.1.1. Основные положения
5.1.2. Численная модель
5.1.2.1. Модель атомов газа
5.1.2.2. Модель твердого тела
5.1.2.3. Атомы адсорбата
5.1.2.4. Потенциалы взаимодействия
5.1.3. Численное моделирование рассеяния
5.1.4. Результаты и обсуждение
5.1.4.1. Взаимодействие гелия с «чистой» поверхностью
5.1.4.2. Взаимодействие гелия с покрытой адсорбатом поверхностью
5.2. Влияние химического состава поверхности на свободномолекулярное
течение газа в канале
5.2.1. Экспериментальные данные
5.2.2. Численное моделирование течения
5.2.3. Результаты и обсуждение
5.3. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

характере взаимодействия молекул газа с поверхностью КА. Аналитическое выражение Шамберга [57] позволяет установить связь между
гипертермальным свободпомолекулярным коэффициентом лобового сопротивления С/ и коэффициентом аккомодации энергии аЕ
соотношением:
где f (ф, shape) - некоторая функция, описывающая влияние формы КА и момента отраженных частиц. Величина этого момента может быть как положительной, так и отрицательной в зависимости от направления отраженных частиц относительно направления полета КА. Термин “гипертермальный” в данном контексте означает то, что случайное тепловое движение газовых молекул не рассматривается, так как предполагается, что скорость КА в несколько раз-больше (шесть и более), чем средняя тепловая скорость молекул. Сила лобового сопротивления Fd, действующая на КА, может быть записана следующим образом:
где р — плотность воздуха, V, — скорость налетающего потока, А — площадь поперечного сечения КА. Один из главных выводов Шамберга о влиянии коэффициента аккомодации энергии на коэффициент лобового сопротивления КА в свободномолекулярном режиме звучит следующим образом: коэффициент лобового сопротивления более чувствителен к изменению характера взаимодействия между молекулами газа и поверхностью КА, чем к геометрии КА.
Как известно, активное изучение динамики разреженного газа началось с 60-ых годов прошлого века. В то время область приложений зачастую ограничивалась вакуумной и космической техникой. Последние успехи в производстве микро- и наноэлектромеханических систем (принятая в
(1.21)
Fd = /2pv;CdA,
(1.22)
1.6. Некоторые вопросы микрофлюидики