بررسی عددی جریان تراکم پذیر میکرو کوئت با استفاده از روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو (dsmc)

با توسعه سریع کاربرد سیستم های نانو و میکرو در میکرو فضاپیماها و میکرو ماهواره ها، بررسی دقیق میدان جریان در آنها ضرورت یافته است. در این سیستم ها که ابعاد هندسه عبور دهنده جریان، در مقایسه با طول پویش آزاد مولکولی حائز اهمیت است، اثرات رقیق شدگی گاز در رفتار جریان مشاهده می شود. براساس مقدار رقیق شدگی، رژیم های مختلف جریان مانند، جریان از رژیم پیوسته تا مولکولی آزاد قابل مشاهده می باشد، بنابراین برای مدل سازی جریان در سامانه های میکرو/نانو، استفاده از روش های ذره-مبنا (مولکولی) مانند، روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو (dsmc)، که فیزیک مولکولی جریان را مدل می کنند، ضرورت پیدا می کند. در این تحقیق، کد عددی (dsmc) مونت کارلو با استفاده از برنامهfortran ، توسعه داده شده است. ابتدا جریان در یک میکرو کانال دو بعدی مورد بررسی قرار می گیرد و نتایج بدست آمده از آن، با نتایج ارائه شده در مراجع معتبر مقایسه می گردد. در ادامه جریان میکرو کوئت در کانال با استفاده از روش dsmc شبیه سازی می شود. نتایج بدست آمده از این شبیه سازی همخوانی خوبی با نتایج مراجع، از خود نشان می دهند. تا?ثیرات عدد نودسن و عدد ماخ، از رژیم جریان لغزشی تا رژیم جریان مولکول آزاد، در جریان میکرو کوئت مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان داده است که با افزایش عدد نودسن و عدد ماخ سرعت لغزشی افزایش می یابد. همچنین جریان مافوق صوت میکرو کوئت با پله های ابتدایی و انتهایی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج عددی از سرعت، چگالی، فشار و دما در مقادیر مختلفی از ارتفاع پله ارائه شد و با نتایج بدست آمده از جریان کوئت بدون پله مقایسه گردید. آنالیز جریان نشان داده است که، در جریان میکرو کوئت با پله ابتدایی، بدلیل وجود انبساطی ناگهانی در بالای انتهای پله، جریان در پایین دست تحت تا?ثیر قرار می گیرد. همچنین ملاحظه گردید که ناحیه چرخشی در انتهای پله، تابعی از ارتفاع پله خواهد بود. در جریان میکرو کوئت با پله انتهایی مشخص گردید که، حالت جریان و خصوصیات دما به ارتفاع پله بستگی دارد. در ادامه این مطالعه، تا?ثیرات تعداد ذرات در هر سلول و عدد مو?ثر، که نماینده گروهی از مولکول های واقعی است که دارای خواص یکسانی هستند، در شبیه سازی جریان های میکرو کوئت در رژیم های جریان لغزشی و انتقالی مورد بررسی قرار گرفت. این تحقیق نشان داد که در روش dsmc، تعداد ذرات در هر سلول باید بزرگتر از یک عدد بحرانی، براساس رژیم های جریان مختلف باشد. برای رژیم جریان لغزشی، هنگامی که عدد مو?ثر از مقدار تجاوز می کند، نتایج dsmc اختلاف عدیده ای با نتایجِ مقدار عدد مو?ثر کوچک پیدا می کند. اما در رژیم جریان انتقالی بعلت بیشتر بودن حرکات منفرد مولکولی این مقدار کمتر است. بعلاوه، مهم است که تا?ثیرات مشترک تعداد ذرات و عدد مو?ثر در شبیه سازی dsmc در نظر گرفته شود.