MEMS Modelamiento de flujo de gas a través de microcanales y nanoporos Alumnos: Nilo Araya G. Marcelo Serrano R. Prof: Williams Calderon

Introducción El surgimiento de micro-tecnologías Combinación de diversos campos de estudio Necesidad de entender las leyes físicas que gobiernan los microsistemas

Introducción Entender el comportamiento de los fluidos A esta escala las condiciones de Navier-Stokes no son validas Ocupar modelos de dinámica molecular (MD) es inadecuado. Fenómenos ocurren a escalas de tiempo muy pequeñas.

Introducción Modelos probabilísticos como DSMC tampoco son apropiados. Los recursos para un modelamiento que involucre movimiento y colisiones son imposibles de obtener. Otra posibilidad es el uso de la ecuación de Burnett, sin embargo el Kn, crece desde un flujo laminar volviendo la solución inestable.

Introducción El uso de elementos finitos se presenta como la mejor alternativa para el modelamiento. Sin embargo, no es una aproximación adecuada cuando el tamaño del elemento es menor a un nanómetro.

Introduccion

Descripción del Modelo

Ecuaciones Las ecuaciones que gobiernan el sistema son:

Ecuaciones Para flujos de velocidad mayor a flujo laminar

Ecuaciones Adimensionales

Ecuaciones Donde Knudsen viene dado por:

Experimento Microcanal

Experimento Microcanal En este caso se utilizaron datos de un microcanal fabricado por Pong. Se discretiza el canal con un total de 1369 nodos. Se realizan simulaciones con elementos finitos.

Experimento Nanoporos: Anodisc

Experimento Nanoporos: Anodisc Medir la caida de presión vs el flujo a través del poro. Distintos gases: Argon , Nitrogeno, Oxigeno.

Condiciones

Resultados y Conclusiones Flujo en microcanales: La caida de presión se produce por las fuerzas de roce. La temperatura no cambia a lo largo del canal. Luego, la densidad es directamente proporcional a la presión.

Resultados y Conclusiones Flujo en microcanales: Se validan las distribuciones no lineales de P. Con esto; la velocidad en el canal debe aumentar para respetar la ecuacion de continuidad. Los resultados obtenidos fueron satisfactorios las comparaciones se observana continuación.

Resultados y Conclusiones

Resultados y Conclusiones

Resultados y Conclusiones Flujo en nanoporos: Los errores corresponden basicamente a los instrumentales, además de ciertas suposiciones al usar condiciones macroscópicas para el modelamiento. Asi como la falta de certeza en la porosidad de la membrana.

Resultados y Conclusiones Flujo en nanoporos: La prediccion numerica se logra con un total de 2337 nodos. Las comparaciones se observan en las siguientes figuras.

Resultados y Conclusiones