表面特性对棘齿型Knudsen 泵气体分离特性影响的模拟研究*

作者:韩峰,张志军,张世伟,王晓伟 (东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110819)

关键词:Knudsen 泵;气体分离;表面特性;热驱流动;棘齿型微通道;DSMC 方法;微机电系统(MEMS)

摘要:

Knudsen 泵作为一种微型泵,在微机电系统(MEMS)中具有广泛应用。本文提出了一种具有不同表面反射系数的棘齿型Knudsen 泵,通过直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法对该泵内He-Xe 混合气体流动特性进行了数值模拟研究。结果表明:表面反射特性对Knudsen 泵内的流场特性和气体分离特性影响巨大,不同的表面反射特性导致了Knudsen 泵内不同的热驱流动机理;三角形倾斜边的 αnt=0 时 Knudsen 泵内主要热驱流动为辐射流,有利于气体分离,而 αnt=1 时Knudsen 泵内主要热驱流动为热边缘流,对气体分离没有明显有利作用;三角形倾斜边的 αnt=0 时He 和Xe 的速度和扩散速度在三角形棘齿上顶点附近差异最大,而 αnt=1 时在三角形棘齿左侧顶点附近差异最大;越轻的气体流动速度和扩散速度越快。本文可为实际工程应用中微型气体分离装置的设计和生产提供理论依据。

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