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Rarefaction and Temperature Gradient Effect on the Performance of the Knudsen Pump 被引量:6
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作者 YE Jianjun YANG Jian +4 位作者 ZHENG Jinyang DING Xianting WONG Ieong LI Weizhong CHEN Cong 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2012年第4期745-752,共8页
The prediction of the multiscale flow in the Knudsen pump is important for understanding its pumping mechanism.However,there is little research on such interesting multiscale phenomenon in the Knudsen pumps.In this pa... The prediction of the multiscale flow in the Knudsen pump is important for understanding its pumping mechanism.However,there is little research on such interesting multiscale phenomenon in the Knudsen pumps.In this paper,a novel numerical analysis method combining the direct simulation Monte Carlo(DSMC) method with the smoothed particle hydrodynamics(SPH) method is presented for simulating the multiscale flow,which is often encountered in the application of the Knudsen pumps.Validity and accuracy of the new method are given by comparing its results with that of the previous research.Using the coupled multiscale approach,the rarefaction and the temperature drive are studied,which are two main factors on the performance of the Knudsen pumps.To investigate the effect of rarefaction on the performance of the Knudsen pump,various pump operation pressures are compared.The flow characteristics and pumping ability at different rarefaction are analyzed,and the phenomenon of the multiscale flow is also discussed.Several cases with different linear or nonlinear temperature gradients are set to investigate the effect of temperature gradient on the performance of the Knudsen pump.The flow characteristics of the Knudsen pump such as the velocity,pressure increase,and the mass flowrate are presented.A unique phenomenon,the reverse transpiration effect caused by the nonlinear temperature gradient is studied,and the reason of the significant pressure increase in the pump channel is also analyzed.Since the multiscale gas flow is widely encountered in the microflow systems,the above method and its results can also be greatly beneficial and provide significant insights for the design of the MEMS devices. 展开更多
关键词 thermal transpiration knudsen pump mass flowrate rarefaction temperature gradient-driven
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表面特性对棘齿型Knudsen泵气体分离特性影响的模拟研究
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作者 韩峰 张志军 +1 位作者 张世伟 王晓伟 《真空》 CAS 2024年第3期13-19,共7页
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Knud... 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α_(n)=σ_(t)=0时Knudsen泵内主要热驱流动为辐射流,有利于气体分离,而α_(n)=σ_(t)=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α_(n)=σ_(t)=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α_(n)=σ_(t)=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。 展开更多
关键词 knudsen 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)
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四边形阵列的微通道型Knudsen泵内热驱流动的DSMC数值模拟优化 被引量:1
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作者 韩峰 王晓伟 +2 位作者 张文青 张世伟 张志军 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期238-244,共7页
Knudsen泵是可应用于微机电系统(MEMS)的一种微型气体输送装置。本文提出一种带有不同温度四边形的微通道构型,通过直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法对该微通道内气体流动特性进行了数值模拟研究,并针对其气体泵送特性进行了优化研究,给出了... Knudsen泵是可应用于微机电系统(MEMS)的一种微型气体输送装置。本文提出一种带有不同温度四边形的微通道构型,通过直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法对该微通道内气体流动特性进行了数值模拟研究,并针对其气体泵送特性进行了优化研究,给出了泵送气体的最佳参数。研究发现,微通道内温差在75~1200 K范围内时,质量流量随着温差的升高几乎呈线性增大,且温差在1200 K时质量流量是75 K时的10倍。对于不同的Knudsen数,最大气体流速和质量流量均出现在Kn=0.3Knudsen泵的62倍。这些结论可为工业领域内各种微型气体泵送装置的实现和设计提供参考依据。 展开更多
关键词 knudsen 四边形阵列微通道 DSMC方法 微机电系统(MEMS) 参数优化
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多级努森真空泵能效分析
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作者 柯杰坤 蒙仕达 +1 位作者 苏宣合 卢苇 《真空科学与技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期42-48,共7页
基于热流逸效应工作的努森真空泵相较于传统真空泵,因具有无运动部件且结构简单的优点而倍受关注,其应用通常采用多级串联结构。文章以努森真空泵能耗和效率模型为基础,着重考虑级数与热量传递和压力分配的关系,建立了多级努森真空泵气... 基于热流逸效应工作的努森真空泵相较于传统真空泵,因具有无运动部件且结构简单的优点而倍受关注,其应用通常采用多级串联结构。文章以努森真空泵能耗和效率模型为基础,着重考虑级数与热量传递和压力分配的关系,建立了多级努森真空泵气体工质流态处于过渡流时的能耗(热流比)与运行效率模型,进而研究了影响热流比及运行效率与级数、努森数、压比、温差等参数的关系。结果表明,努森数从0.2增至8,对应的最优级数从118级减少至15级;压比从2增至100,对应的最优级数从12级增加至77级;温差从50 K增至350 K,对应的最优级数从68级减少至15级。努森数(温差)越大、或压比越小,热流比就越低(运行效率就越高)且对应的最优级数就越小,所需的最小级数也越少。若从能效优化的角度来设计多级努森真空泵,需综合考虑努森数、压比和温差的影响,确定最优级数范围。 展开更多
关键词 热流逸效应 多级结构 努森真空泵 热流比 运行效率
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矩形微通道Knudsen泵中的气体传输特性研究 被引量:2
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作者 王晓伟 张志军 +2 位作者 张文青 苏天一 张世伟 《真空与低温》 2020年第1期73-81,共9页
Knudsen泵是一种基于微尺度条件下的热蠕流效应诱导气体从低温侧向高温侧流动的微型泵。为探究气体种类和分子模型对气体在Knudsen泵通道中传输特性的影响,运用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法,针对经典的矩形微通道开展了研究。文中分别考... Knudsen泵是一种基于微尺度条件下的热蠕流效应诱导气体从低温侧向高温侧流动的微型泵。为探究气体种类和分子模型对气体在Knudsen泵通道中传输特性的影响,运用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法,针对经典的矩形微通道开展了研究。文中分别考虑了三种气体(Ar、N2和O2)和三种分子模型(HS、VHS和VSS)在不同工况压力下的变化情况。研究发现,不同种类气体和分子模型不会引起通道中宏观流场的明显变化。对于分子质量较轻的气体,其具有更强的热蠕流效应,且其最强热蠕流效应所对应的压力越大。对于分子模型,VHS模型的热蠕流效应最强,HS模型的热蠕流效应最弱。因此,相比于更能反映真实气体分子运动规律的VSS模型而言,当采用VHS模型时会高估泵的性能,反之,采用HS模型时会低估泵的性能。 展开更多
关键词 气体种类 分子模型 热蠕流 knudsen 矩形微通道 DSMC
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A fully electronic microfabricated gas chromatograph with complementary capacitive detectors for indoor pollutants 被引量:6
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作者 Yutao Qin Yogesh B Gianchandani 《Microsystems & Nanoengineering》 EI 2016年第1期293-303,共11页
This paper reports a complete micro gas chromatography(μGC)system in which all the components are lithographically microfabricated and electronically interfaced.The components include a bi-directional Knudsen pump,a ... This paper reports a complete micro gas chromatography(μGC)system in which all the components are lithographically microfabricated and electronically interfaced.The components include a bi-directional Knudsen pump,a preconcentrator,separation columns and a pair of capacitive gas detectors;together,these form the iGC3.c2 system.All the fluidic components of the system are fabricated by a common three-mask lithographic process.The Knudsen pump is a thermomolecular pump that provides air flow to theμGC without any moving parts.The film heaters embedded in the separation columns permit temperature programming.The capacitive detectors provide complementary response patterns,enhancing vapor recognition and resolving coeluting peaks.With the components assembled on printed circuit boards,the system has a footprint of 8×10 cm^(2).Using room air as the carrier gas,the system is used to experimentally demonstrate the analysis of 19 chemicals with concentration levels on the order of parts per million(p.p.m.)and parts per billion(p.p.b.).The tested chemicals include alkanes,aromatic hydrocarbons,aldehydes,halogenated hydrocarbons and terpenes.This set of chemicals represents a variety of common indoor air pollutants,among which benzene,toluene and xylenes(BTX)are of particular interest. 展开更多
关键词 knudsen pump PRECONCENTRATOR separation column gas sensor chemical sensing air monitoring BTX
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