Молекулярные течения

Свободномолекулярное течение

Интерфейс Free Molecular Flow предназначен для точного моделирования высокоразреженных потоков газа. Интерфейс позволяет рассчитать молекулярные потоки на границах геометрической модели, а также опционально плотность частиц, давление и плотность теплового потока. Для выполнения расчётов с помощью этого интерфейса достаточно построить сетку только на границах расчётной области. Чтобы получить данные о плотности частиц внутри доменов, легко добавить объёмную сетку. Интерфейс Free Molecular Flow позволяет моделировать молекулярные потоки газа, используя для описания расчётной области оригинальные CAD модели.

Метод угловых коэффициентов

Для моделирования сильно разреженных потоков газа в интерфейсе Free Molecular Flow используется метод угловых коэффициентов, который является детерминированным подходом и работает быстрее, чем методы, основанные на использовании частиц. Этот метод гораздо точнее приближённых кондуктивных методов вычисления давления и плотности частиц. Кроме того, с его помощью можно легко моделировать несколько газовых веществ одновременно.

Расширенные возможности мультифизического анализа

Модуль «Молекулярные течения» может быть объединен с другими модулями из набора продуктов COMSOL для расширения функциональных возможностей мультифизического анализа. Узлы мультифизических связей позволяют совместно использовать полевые переменные и параметры в интерфейсах из разных модулей. Например, если объединить модуль «Молекулярные течения» с модулем «Трассировка частиц», то интерфейс Free Molecular Flow, используемый для расчёта плотности частиц, можно скомбинировать с интерфейсом Charged Particle Tracing для анализа столкновений между частицами и нейтральными атомами окружающей среды.

Граничные условия

В модуле «Молекулярные течения» реализовано множество вариантов граничных условий, которые можно использовать в расчётных моделях. С помощью встроенных функций можно задать давление на границе, обусловленное соединением с большим резервуаром, или условия полного вакуума. Также при моделировании неизотермических потоков можно непосредственно задать температуру на границах. Кроме того, в параметрах граничных условий можно задать производительность насоса и долю адсорбированных молекул, или непосредственно скорость адсорбции на любой поверхности. Наконец, на границах можно использовать условия испарительного источника или задать поток частиц на поверхности, в том числе с помощью пользовательских соотношений.

В модуле также представлены варианты граничных условий для моделирования различных видов твёрдых поверхностей в вакуумных системах. Например, с помощью условия Wall можно описать диффузное отражение частиц на поверхности. Условие Outgassing wall соответствует диффузному отражению падающих на поверхность частиц и дополнительной диффузной эмиссии частиц с поверхности. Опция Adsorption/Desorption позволяет задать условие частичного поглощения частиц на поверхности. Кроме того, для моделирования поверхности, аккумулирующей частицы, доступна опция Deposition.

Переходный режим

Инструменты модуля «Молекулярные течения» позволяют моделировать движение газа при условиях, которые соответствуют переходному режиму между свободномолекулярным течением и течением с проскальзыванием. Переходный режим соответствует переходу от приближения Навье-Стокса до приближения молекулярного течения. В основе интерфейса Transitional Flow, разработанного специально для таких разреженных потоков, лежит метод дискретных скоростей. В рамках этого подхода для описания распределения частиц по скоростям используется конечный набор значений скорости. Частицы распределяются по этому дискретному набору скоростей, а затем рассчитывается плотность частиц в каждом диапазоне. В доменах решается уравнение конвекции, дополненное членом, описывающим рассеяние, то есть перемещение частиц из одного диапазона скоростей в другой. Модуль также содержит специальные граничные условия для упрощения настройки расчётной модели. Поскольку моделирование переходного режима требует значительных вычислительных ресурсов и времени, лучше всего его использовать на упрощённой геометрической модели.