Научно-исследовательский семинар кафедры 14.09.2016

Научно-исследовательский семинар кафедры состоится

в среду 14.09.2016 в 13:30 в ауд. 621

МНОГОМАСШТАБНОЕ ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ТЕЧЕНИЙ ГАЗОВ В КАНАЛАХ ТЕХНИЧЕСКИХ МИКРОСИСТЕМ

В.О. Подрыга

МГУ им. М.В. Ломоносова, ИПМ им. М.В. Келдыша РАН

Работа посвящена многомасштабному численному моделированию течений газов и их смесей в каналах технических микросистем с использованием высокопроизводительных компьютерных установок. Актуальность и перспективы выбранной тематики связаны с необходимостью развития новых технологий и производства новых материалов и приборов для современной и будущей электроники в наноразмерном диапазоне.

В работе предложен комплексный подход к моделированию, сочетающий макромоделирование задачи на основе квазигазодинамических (КГД) уравнений с расчетами процессов на микроуровне с помощью методов молекулярной динамики (МД). Макромоделирование позволяет описать эволюцию газовых потоков во всей технической установке, а молекулярная динамика описывает как свойства газовой и твердой фаз, так и взаимодействие молекул газа с атомами твердых частей установки. При проведении расчетов на макроуровне используются реальные уравнения состояния газа, которые получаются в результате молекулярно-динамических расчетов. Итоговые макропараметры течения в потоке (такие как давление, температура) и коэффициенты КГД системы также корректируются методом МД. Взаимодействие газовой смеси с металлическими стенками системы (сопел и микроканалов) рассчитывается на молекулярном уровне. При этом вычисления макропараметров среды методами МД используются как в конкретном расчете, так и для накопления базы данных для последующих КГД вычислений.

Общий алгоритм расчета представляет собой расщепление по физическим процессам. КГД система рассматривается в релаксационном приближении, записана для случая смеси газов и решается методом конечных объёмов на подходящей сетке. Система уравнений ньютоновской динамики используется в качестве подсеточного алгоритма (применяющегося внутри каждого контрольного объёма) и решается с помощью метода Верле в скоростной форме.

Проведен большой цикл вычислительных экспериментов, посвященных различным аспектам проблемы. Проведенные расчеты показали, что предложенный подход позволяет вдали от стенок согласовать макропараметры течения с молекулярными особенностями газовой среды, а вблизи стенок (то есть в пограничном слое) учесть дополнительные процессы взаимодействия на основе молекулярных расчетов.