Molecular Flow Module
Molecular Flow Module
Software Para Modelar Escoamentos Gasosos à Baixa Pressão em Sistemas à Vácuo
Em um implantador de íons, a densidade numérica média das moléculas que liberam gases ao longo da via de feixes é usada como fator de mérito para avaliar o projeto. Ela deve ser computada em função do ângulo de pastilha, com rotação em torno de um eixo.
Entendendo e Prevendo Escoamentos Moleculares Livres
Engenheiros de vácuo e cientistas usam o Molecular Flow Module para projetar sistemas à vácuo e para entender e prever escoamentos de gases a baixas pressões. O uso de ferramentas de simulação no ciclo de projeto se torna mais disseminado conforme essas ferramentas melhoram o entendimento, reduzem os custos com prototipagem e aceleram o desenvolvimento. A prototipagem de sistemas à vácuo normalmente é cara. Portanto, um aumento do uso da simulação no processo de projeto pode resultar em substancial redução de custos. Os escoamentos gasosos que ocorrem dentro de sistemas à vácuo são descritos por físicas diferentes das usadas em problemas convencionais de escoamento de fluidos. Em baixas pressões, o caminho livre médio das moléculas do gás se torna comparável às dimensões do sistema e a rarefação gasosa se torna importante. Os regimes de escoamento podem ser categorizados quantitativamente através do número de Knudsen (Kn), o qual representa a razão entre o caminho livre médio molecular e o tamanho da geometria do escoamento dos gases:
| Tipo de Escoamento | Número de Knudsen |
|---|---|
| Escoamento contínuo | Kn < 0.01 |
| Escoamentos com escorregamento | 0.01 < Kn < 0.1 |
| Escoamentos transicionais | 0.1 < Kn < 10 |
| Escoamento molecular livre | Kn > 10 |
Enquanto o Microfluidics Module é usado para modelar escoamentos contínuos e com escorregamento, o Molecular Flow Module é projetado para simular com precisão escoamentos no regime molecular livre. Historicamente, escoamentos nesse regime são modelados pelo método direto de Monte Carlo (DSMC). Este calcula as trajetórias de um grande número de partículas aleatórias através do sistema, mas introduz ruído estatístico ao processo de modelagem. Para escoamentos de baixa velocidade, tais como aqueles encontrados em sistemas à vácuo, o ruído introduzido pelo DSMC tornas as simulações inviáveis.
Imagens adicionais:
-
Probabilidade de transmissão através de um acoplador RF usando tanto o método do coeficiente angular, disponível na interface Free Molecular Flow, quanto o método de Monte Carlo, usando a interface Mathematical Particle Tracing (requer o Particle Tracing Module).
Modelagem Precisa de Escoamentos Gasosos à Baixa Pressão e Baixa Velocidade
O Molecular Flow Module é projetado para oferecer capacidades de simulação previamente indisponíveis para a modelagem de escoamentos gasosos a baixas pressões em geometrias complexas. Ele é ideal para simulações de sistemas à vácuo, incluindo aqueles usados no processamento de semicondutores, aceleradores de partículas e espectrômetros de massa. Aplicações envolvendo pequenos canais (por exemplo, exploração de gás de xisto e escoamentos em materiais nanoporosos) também podem ser modeladas. O Molecular Flow Module usa o método do coeficiente angular para simular escoamentos moleculares livres em regime permanente o qual permite que o fluxo molecular, pressão, densidade de número e fluxo de calor sejam calculados nas superfícies. A densidade de número pode ser recuperada em domínios, superfícies, arestas e pontos, a partir do fluxo molecular das superfícies ao arredor. É possível modelar escoamentos moleculares isotérmicos e não isotérmicos e calcular a contribuição das moléculas gasosas para o fluxo de calor.
Innovative Thermal Insulation Techniques Bring Vaccines to the Developing World
D. Gasperino, O. Yildirim Intellectual Ventures, WA, USA
When medical professionals transport vaccines, their cargo needs to be kept at a cool temperature. This limits their ability to travel to regions where there is not enough electricity. Intellectual Ventures’ Global Good program designed a thermos-like container that is powered by ice and keeps vaccines cool for long periods of time. They used ...
Differential Pumping
Differentially pumped vacuum systems use a small orifice or tube to connect two parts of a vacuum system that are at very different pressures. Such systems are necessary when processes run at higher pressures and are monitored by detectors that require UHV for operation. In this model, gas flow through a narrow tube and into a high vacuum chamber ...
Ion Implanter Evaluator
The Ion Implanter Evaluator app considers the design of an ion implantation system. Ion implantation is used extensively in the semiconductor industry to implant dopants into wafers. Within an ion implanter, ions generated within an ion source are accelerated by an electric field to achieve the desired implant energy. Ions of the correct charge ...
Charge Exchange Cell Simulator
A charge exchange cell consists of a region of gas at an elevated pressure within a vacuum chamber. When an ion beam interacts with the higher-density gas, the ions undergo charge exchange reactions with the gas, creating energetic neutral particles. It is likely that only a fraction of the beam ions will undergo charge exchange reactions. ...
Outgassing Pipes
This benchmark model computes the pressure in a system of outgassing pipes with a high aspect ratio. The results are compared with a 1D simulation and a Monte-Carlo simulation of the same system from the literature.
Molecular Flow Through an RF Coupler
This model computes the transmission probability through an RF coupler using both the angular coefficient method available in the Free Molecular Flow interface and a Monte Carlo method using the Mathematical Particle Tracing interface. The computed transmission probability determined by the two methods is in excellent agreement with less than a ...
Rotating Plate in a Unidirectional Molecular Flow
This model computes the particle flux, number density and pressure on the surface of a plate that rotates in a highly directional molecular flow. The results obtained are compared with those from other, approximate, techniques for computing molecular flows.
Molecular Flow Through a Microcapillary
Computing molecular flows in arbitrary geometries produces complex integral equations that are very difficult to compute analytically. Analytic solutions are, therefore, only available for simple geometries. One of the earliest problems solved was that of gas flow through tubes of arbitrary length, which was first treated correctly by Clausing. ...
Adsorption and Desorption of Water in a Load Lock Vacuum System
This model shows how to simulate the time-dependent adsorption and desorption of water in a vacuum system at low pressures. The water is introduced into the system when a gate valve to a load lock is opened and the subsequent migration and pumping of the water is modeled.
