Течение разреженного газа в микроканале с поверхностными акустическими волнами
Автор: Василий Викторович Косьянчук
Организация: НИИ механики МГУ имени М.В. Ломоносова
Работа посвящена численному исследованию нестационарного течения газа в микроканале, по стенкам которого распространяются поверхностные акустические волны (ПАВ). Предыдущие работы автора показали, что волновое движение границ микроканала может влиять на поток протекающего газа и может быть использовано для разделения газовых смесей [1] или создания газовых микронасосов [2]. В то же время, с развитием микротехнологий популярность и широкое применение приобрели устройства, использующие поверхностные акустические волны (ПАВ), в частности, в микрофлюидике, для прокачки [3] и перемешивания [4] жидкостей (Рис. 1). В связи с этим было решено [5] детальнее изучить течения газов в устройствах, с параметрами, характерными именно для ПАВ – амплитуды волн порядка одного ангстрема, большие отношения длины волны к амплитуде, волновые скорости порядка 1000 м/c.
Исследованы режимы течения при различных степенях разреженности газа, характеризующиеся числом Кнудсена – от свободномолекулярного режима до переходного и около-континуального. Показано, что наличие ПАВ оказывает влияние на течение газа в широком диапазоне чисел Кнудсена. Также показано, что влияние ПАВ растет с увеличением длины канала, с увеличением амплитуды волн, а также с увеличением отношения амплитуды к длине волны.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РНФ в рамках научного проекта № 21-71-00071.
1. Косьянчук В. В., Якунчиков А. Н. Свободномолекулярное течение газа в канале с изгибающейся границей //Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. – 2018. – №. 3. – С. 87-97.
2. Kosyanchuk V. V., Yakunchikov A. N. Simulation of gas separation effect in microchannel with moving walls //Microfluidics and Nanofluidics. – 2018. – Т. 22. – С. 1-8.
3.Zhang N. et al. Powerful acoustogeometric streaming from dynamic geometric nonlinearity //Physical review letters. – 2021. – Т. 126. – №. 16. – С. 164502.
4. Zhang J. et al. Bubble-Enhanced Mixing Induced by Standing Surface Acoustic Waves (SSAWs) in Microchannel //Micromachines. – 2022. – Т. 13. – №. 8. – С. 1337.
5.Kosyanchuk V. Free-molecular gas flow in microchannels with surface acoustic waves: Effect of mixture separation //Vacuum. – 2022. – Т. 203. – С. 111223.
