Модуль «Молекулярные течения»
Моделируйте течение газа низкого давления в вакуумных системах с помощью модуля «Молекулярные течения»
В установке ионной имплантации средняя плотность молекул выпускаемого газа вдоль пучка используется как численная мера оценки качества конструкции. Ее рассчитывают в зависимости от угла ориентации полупроводниковой пластины при вращении вокруг одной из осей.
Понимание и прогнозирование свободных молекулярных течений
Инженеры вакуумной техники и ученые используют модуль Молекулярные течения для разработки вакуумных систем и для понимания и прогнозирования газовых потоков низкого давления. Инструменты моделирования все чаще применяются в цикле проектирования, поскольку с их помощью можно получить более подробное представление о том или ином явлении, снизить расходы на создание прототипов и ускорить процесс разработки. Таким образом, более широкое использование моделирования в проектировании может обеспечить значительную экономию. Для описания потоков газа внутри вакуумных систем требуются не те физические основы, которые применяются для решения традиционных задач о потоке жидкости. При низком давлении средняя длина свободного пробега молекул газа сопоставима с размером системы, а разрежение газа становится значимым. Режимы потока подразделяются на категории по количественным параметрам с помощью числа Кнудсена (Kn), которое обозначает отношение средней длины свободного пробега молекулы к геометрическому размеру потока газа:
| Тип потока | Число Кнудсена |
|---|---|
| Непрерывный поток | Kn < 0.01 |
| Течение со скольжением фаз | 0.01 < Kn < 0.1 |
| Переходное течение | 0.1 < Kn < 10 |
| Свободномолекулярное течение | Kn > 10 |
В то время как модуль Микрогидродинамика используется для моделирования потока со скольжением и непрерывного потока, модуль Молекулярные течения предназначен для точного моделирования потоков в свободномолекулярном режиме течения. Ранее потоки в этом режиме моделировались путем прямого метода Монте-Карло. С его помощью можно вычислить траектории большого количества случайных частиц в системе, однако это вносит в процесс моделирования статистический шум. Для низкоскоростных потоков, например для потоков в вакуумных системах, шумы лишают получаемые модели практической ценности.
Дополнительные иллюстрации
Вероятность прохождения через ВЧ-ответвитель с одновременным применением метода угловых коэффициентов, имеющегося в интерфейсе Free Molecular Flow, и метода Монте-Карло в интерфейсе «Математическая трассировка частиц» (требуется модуль Particle Tracing (Трассировка частиц)).
Точное моделирование низкоскоростных газовых потоков при низком давлении
Модуль Молекулярные течения предоставляет недоступные ранее возможности точного моделирования низкоскоростных потоков газа при низком давлении в геометрически сложных системах. Он идеально подходит для моделирования вакуумных систем, включая системы, используемые при производстве полупроводников, в ускорителях частиц и масс-спектрометрах. Кроме того, его можно использовать для приложений с каналами малых размеров (например, при разведке залежей сланцевого газа или при исследовании течения в нанопористых материалах). В модуле Молекулярные течения используется метод угловых коэффициентов для моделирования стационарных свободномолекулярных течений, что позволяет вычислить на поверхностях такие параметры, как молекулярное течение, давление, численную плотность и тепловой поток. Численную плотность можно перестроить в областях, на поверхностях, ребрах и в точках, основываясь на молекулярном течении на окружающих поверхностях. Можно моделировать изотермические и неизотермические молекулярные течения, учитывая вклад в тепловой поток от молекул газа.
Ключевые особенности
- Изотермический и неизотермический потоки с использованием метода угловых коэффициентов
- Восстановление численных плотностей в областях, границах, ребрах и точках
- Произвольное число образцов
- Условия распыления, испарения потока и пластовые условия
- Абсолютный вакуум и условия вакуумного насоса для границ выходного потока
- Дегазация, термодесорбция, адсорбция и условия осаждения для стен
- Дополнительные граничные условия температуры для неизотермического потока
- Сетка для всей геометрии или только для поверхностей
Области применения
- Вакуумные системы
- Оборудование для обработки полупроводников
- Оборудование для обработки материалов
- Химическое осаждение из газовой фазы (ХОГФ) в сверхвысоком вакууме
- Ионная имплантация
- Ячейки обмена зарядом
- Термическое испарение
Innovative Thermal Insulation Techniques Bring Vaccines to the Developing World
D. Gasperino, O. Yildirim Intellectual Ventures, WA, USA
When medical professionals transport vaccines, their cargo needs to be kept at a cool temperature. This limits their ability to travel to regions where there is not enough electricity. Intellectual Ventures’ Global Good program designed a thermos-like container that is powered by ice and keeps vaccines cool for long periods of time. They used ...
Outgassing Pipes
This benchmark model computes the pressure in a system of outgassing pipes with a high aspect ratio. The results are compared with a 1D simulation and a Monte-Carlo simulation of the same system from the literature.
Rotating Plate in a Unidirectional Molecular Flow
This model computes the particle flux, number density and pressure on the surface of a plate that rotates in a highly directional molecular flow. The results obtained are compared with those from other, approximate, techniques for computing molecular flows.
Molecular Flow Through a Microcapillary
Computing molecular flows in arbitrary geometries produces complex integral equations that are very difficult to compute analytically. Analytic solutions are, therefore, only available for simple geometries. One of the earliest problems solved was that of gas flow through tubes of arbitrary length, which was first treated correctly by Clausing. ...
Differential Pumping
Differentially pumped vacuum systems use a small orifice or tube to connect two parts of a vacuum system that are at very different pressures. Such systems are necessary when processes run at higher pressures and are monitored by detectors that require UHV for operation. In this model, gas flow through a narrow tube and into a high vacuum chamber ...
Adsorption and Desorption of Water in a Load Lock Vacuum System
This model shows how to simulate the time-dependent adsorption and desorption of water in a vacuum system at low pressures. The water is introduced into the system when a gate valve to a load lock is opened and the subsequent migration and pumping of the water is modeled.
Charge Exchange Cell Simulator
A charge exchange cell consists of a region of gas at an elevated pressure within a vacuum chamber. When an ion beam interacts with the higher-density gas, the ions undergo charge exchange reactions with the gas which then create energetic neutral particles. It is likely that only a fraction of the beam ions will undergo charge exchange ...
Molecular Flow Through an RF Coupler
This model computes the transmission probability through an RF coupler using both the angular coefficient method available in the Free Molecular Flow interface and a Monte Carlo method using the Mathematical Particle Tracing interface. The computed transmission probability determined by the two methods is in excellent agreement with less than a ...
Molecular Flow in an Ion-Implant Vacuum System
The Ion Implanter Evaluator app considers the design of an ion implantation system. Ion implantation is used extensively in the semiconductor industry to implant dopants into wafers. Within an ion implanter, ions generated within an ion source are accelerated by an electric field to achieve the desired implant energy. Ions of the correct charge ...
Каждая компания имеет уникальные требования к моделированию.
Свяжитесь с нами, чтобы точно определить, подойдет ли программный пакет COMSOL Multiphysics® для решения ваших инженерных или научных задач. Обсудив основные аспекты с одним из наших менеджеров, вы получите личные рекомендации и подробные примеры, которые помогут вам сделать верный выбор и подобрать подходящую конфигурацию продуктов и тип лицензии.
Просто нажмите кнопку "Связаться с COMSOL", укажите свои контактные данные, сформулируйте вопросы и отправьте нам эту заявку. Наша цель — ответить вам в течение одного рабочего дня!
Следующий шаг
Запрос информации о программе