Gasströmungen im Vakuum. KITE – Engineering Workshop Motivation Gaseinlass, DiffPump Knudsenströmung, MFW kein CFD -> DSMC BewegungsRegeln Jörn Seltmann Hamburg, 25.04.2017
Strömungsformen Viskose Strömung Navier-Stokes Kontinuum Dichte, Temperatur, etc. bis Grobvakuum Molekulare Strömung DSMC Diskrete Partikel Mittlere freie Weglänge, Kollisionsdauer HV und UHV Sinkender Druck Knudsenströmung
Strömungsmechanismen Molekulare Strömung Mittlere freie Weglänge Partikel- kollision Wand- Hohe Geschwindigkeit der Gaspartikel (mehrere hundert m/s) und große freie Weglänge verändern das Verhältnis von Partikelkollisionen zu Wandkollisionen. Knudsenzahl = Mittlere freie Weglänge Charakteristische Länge Bereich Knudsenzahlen MfW Viskos Kn ≤ 0.01 < 100nm Knudsen 0.01 ≤ Kn ≤ 2 ~ 100mm Molekular 2 ≤ Kn > 100m Kollision Molekül- durchmesser
Simulationsprogramme (Beispiele) DS2V: 2D (selbst zeichnen) Alle Strömungsformen (Vorteile bei Knudsen-Strömung) MolFlow+: 3D (aus SE übernehmen) Molekulare Strömung
Anwendungen Gaseinlass: Differentielle Pumpstufe: Öffnungen sind 1, 2 und 3 mm groß. (Synchrotronstrahl in rot dargestellt)
Konsequenzen Volumen hinter kleinen Öffnungen vermeiden (=> virtuelle Lecks). Öffnungen für Pumpen so groß wie möglich (Verhältnis Gesamtoberfläche zu Pumpquerschnitt). Eigenschaften der Gaspartikel werden durch den letzten Wandkontakt definiert. Dabei wird sich die Flugrichtung völlig beliebig ändern! Saubere, glatte Oberflächen sind Voraussetzung für eine Simulation dieser Strömungen.
Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit!