Module Molecular Flow

Ecoulement moléculaire libre

L'interface Ecoulement moléculaire libre est disponible pour une simulation précise des écoulements de gaz hautement raréfiés. Cette interface résout les flux moléculaires au niveau des frontières de la géométrie et inclut des options pour calculer la densité de population, la pression ainsi que les flux de chaleur aux frontières. Cette interface permet de réaliser une simulation à partir d'un maillage uniquement surfacique. Pour reconstruire la densité de population au sein du domaine, un maillage volumique peut aisément être ajouté. Avec l'interface Ecoulement moléculaire libre, les simulations d'écoulements moléculaires peuvent être réalisées à partir de modèles CAO réels.

Méthode du coefficient angulaire

Pour des écoulements très raréfiés, l'interface Ecoulement moléculaire libre utilise la méthode du coefficient angulaire, une approche déterministe et plus rapide que les méthodes basées sur des particules. Cette méthode est bien plus précise que les méthodes de conductance approchée pour le calcul de la pression et de la densité de population. Elle permet également de gérer facilement plusieurs espèces de gaz simultanément.

Analyses multiphysiques étendues

Le module Molecular Flow peut être combiné à d'autres modules de la suite COMSOL pour étendre les fonctionnalités permettant d'effectuer des simulations multiphysiques. En combinant les modules, les données d'autres modules, des champs de variables et des paramètres par exemple, peuvent être utilisées dans le module Molecular Flow via des couplages d'interfaces. En combinant le module Molecular Flow au module Particle Tracing par exemple, l'interface Ecoulement moléculaire libre — utilisée pour calculer la densité de population d'arrière-plan — peut être couplée à l'interface Suivi de particules chargées pour simuler les collisions enre les particules et les atomes neutres ambiants.

Conditions aux limites

Le module Molecular Flow propose une grande variété de conditions aux limites pouvant être appliquées à un modèle. Des fonctionnalités prédéfinies permettent d'imposer la pression due à un grand réservoir adjacent, ou le vide total, sur une frontière. Il est également possible de préciser directement la température de surface pour des écoulements moléculaires non isothermes. Le module permet en outre de spécifier des paramètres tels que le débit de pompage et la fraction de molécules adsorbées ou d'imposer directement le taux d'adsorption sur n'importe quelle surface. Le module propose également des fonctionnalités pour modéliser des sources d'évaporation et pour spécifier un flux émis depuis une surface en utilisant des valeurs numériques ou bien des expressions arbitraires.

Le module Molecular Flow comprend en outre diverses conditions aux limites pour la modélisation de différents types de surfaces solides dans des systèmes sous vide. Une frontière peut par exemple être définie à l'aide de la fonctionnalité Paroi, avec laquelle des molécules incidentes sont réfléchies de façon diffuse depuis la surface. On peut aussi utiliser la fonctionnalité Paroi de dégazage, grâce à laquelle les molécules incidentes sont réfléchies de façon diffuse et les molécules additionnelles sont dégazées de façon diffuse. L'option Adsorption/Désorption peut être utilisée de façon à ce qu'une fraction des molécules incidentes soit absorbée tandis que le reste des molécules sont réfléchies de façon diffuse. Enfin, l'option du type de paroi Déposition peut être utilisée pour modéliser une surface sur laquelle les molécules s'accumulent.

Ecoulement transitionnel

Le module Molecular Flow peut être utilisé pour simuler des écoulements moins raréfiés que des écoulements moléculaires libres, mais plus raréfiés que des écoulements de glissement. Il s'agit généralement d'écoulements raréfiés allant de la limite de Navier-Stokes à la limite de l'écoulement moléculaire. L'interface Ecoulement transitionnel, spécialement conçue pour ce type d'écoulement raréfié, est basée sur une méthode à vitesses discrètes. Avec cette approche, un ensemble fini de vitesses est choisi pour représenter toutes les vitesses potentielles des molécules. Les atomes sont ensuite attribués à ces intervalles de vitesse, et l'interface calcule la densité de population dans chaque intervalle. Une équation de convection est résolue dans les domaines, complétée par un terme de dispersion qui repositionne les molécules entre les intervalles. Le module propose également une gamme de conditions aux limites pour faciliter la mise en place du modèle. Les simulations d'écoulements transitionnels étant exigeantes en termes de ressources de calcul et nécessitant une puissance de traitement et un temps considérables, elles sont plus efficaces lorsque la géométrie du modèle peut être simplifiée.