ТЕОРЕТИКО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ НАСОСА КНУДСЕНА, СОЗДАННОГО С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ 3D-МИКРОПЕЧАТИ

Автор: Василий Викторович Косьянчук

Организация: НИИ механики МГУ им. М.В. Ломоносова

Работа посвящена экспериментально-теоретическому исследованию работы насоса Кдудсена, сконструированного с применением технологий 3D-микропечати, а также мембранных технологий. Насос Кнудсена, основанный на эффекте температурной транспирации, проявляющемся при конечных и высоких числах Кнудсена, был описан еще в начале 19го века [1]. В последние годы данное устройство получило новый всплеск интереса [2-3]. благодаря развитию микро- и мембранных технологий, которые позволили создать прототипы, работающие при обычных атмосферных давлениях. В настоящей работе в качестве микроразмерных ступеней устройства были взяты мембраны с субмикронным размером пор, а перепад температур на сторонах мембран осуществляется за счет напечатанных на 3D-принтере решеток микроканалов, по которым течет горячая и холодная вода (см. Рисунок).

В работе экспериментально исследована зависимость эффективности работы устройства от размера пор мембран, их толщины, перепада температур между холодными и горячими секциями, а также количества секций. Показано хорошее количественное и качественное соответствие между экспериментом и результатами численных расчетов, а также существующих теоретических формул.

Работа выполнена при поддержке Российского Научного Фонда (грант № 23-71-10057).

1. Knudsen M. Thermischer molekulardruck der gase in röhren //Annalen der Physik. – 1910. – Т. 338. – №. 16. – С. 1435-1448.

2. Wang X. et al. Knudsen pumps: A review //Microsystems & Nanoengineering. – 2020. – Т. 6. – №. 1. – С. 26.

3. Kosyanchuk V., Kovalev V., Yakunchikov A. Multiscale modeling of a gas separation device based on effect of thermal transpiration in the membrane //Separation and Purification Technology. – 2017. – Т. 180. – С. 58-68.