Все
 
 
 


Применение термической силы Кнудсена для обнаружения CO2 в микроскопичеcком газовом датчике низкого давления
 
Код статьиS056852810002305-6-1
DOI10.31857/S056852810002305-6
Тип публикации Статья
Статус публикации Опубликовано
Авторы
Барзегар Гердродбари М.  
Аффилиация: Машиностроительный факультет Бабольского технологического университета
Адрес: Исламская Республика Иран
Абдоллахи А.
Аффилиация: Машиностроительный факультет Исламского Университета Азад
Адрес: Исламская Республика Иран
Ганджи Д. Д.
Аффилиация: Машиностроительный факультет Бабольского технологического университета
Адрес: Исламская Республика Иран
Моради Р.
Аффилиация: Кафедра химической инженерии, Школа инженерных и прикладных наук
Адрес: Азербайджан
Название журналаИзвестия Российской академии наук. Механика жидкости и газа
ВыпускНомер 6
Страницы94-104
Аннотация

Развитие новых методов обнаружения CO2 важно для уменьшения опасностей, создаваемых этим газом. В данной работе выполнено численное моделирование для оценки возможностей нового микроскопического газового сенсора MIKRA для обнаружения CO2. Это устройство основано на разности температур в прямоугольной полости, в которой роль неизотермических стенок выполняют горячее и холодное плечи и которая работает при низком давлении. В работе при давлении CO2, меняющемся от 62 до 1500 Па, что соответствует изменению числа Кнудсена от 0.1 до 4.5, изучены все характеристики термической силы внутри сенсора микроэлектромеханического устройства. Моделирование течения разреженного газа в микроскопическом газовом детекторе проводится на основе уравнений Больцмана, что обеспечивает высокую точность результатов. Для решения этих уравнений используется метод Монте-Карло, обладающий хорошей устойчивостью при расчете неравновесных полей течений. Результаты показывают, что генерируемая сила Кнудсена существенно зависит от доли CO2 в смесях N2–CO2. Это показывает, что данный микроскопический газовый сенсор может с хорошей точностью определять содержание CO2 в среде с пониженным давлением. Кроме того, полученные результаты показывают, что механизм генерации силы может быть существенно различным при различных давлениях.

Ключевые словаобнаружение CO2, молекулярная сила Кнудсена, метод Монте-Карло, актуаторы пониженного давления в газах, микроэлектромеханические устройства
Получено15.12.2018
Дата публикации15.12.2018
Цитировать   Скачать pdf Для скачивания PDF необходимо авторизоваться
Размещенный ниже текст является ознакомительной версией и может не соответствовать печатной.

всего просмотров: 1156

Оценка читателей: голосов 0 

1. Chun-Hui Wu, Dongyang Kang, Ping-Hei Chen, Yu-Chong Ta. MEMS thermal flow sensors // Sensors and Actuators A: Physical. 2016. V. 241. P. 135Ц144
2. Bhagaban Behera, Sudhir Chandra. An innovative gas sensor incorporating ZnOЦCuO nanoflakes in planar MEMS technology // Sensors and Actuators B: Chemical. 2016. V. 229. P. 414Ц424
3. Galkin V. S., Kogan M. N., Fridlender O. G. Some kinetic effects in continuum flows // Fluid Dynamics. 1970. V. 5. є 3. P. 364Ц371.
4. Galkin V. S., Kogan M. N., Fridlender O. G. Free convection in a gas in the absence of external forces // Fluid Dynamics. 1971. V. 6. є 3. P. 448Ц457.
5. Alexandrov V., Boris A., Freedlender O., Kogan M., Nikolsky Yu., Perminov V. Thermal stress effect and its experimental detection / Rarefied Gas Dynamics. Proc. 20th Intern. Symp. 1997. Beijing. P. 79.
6. Alexandrov V.Yu., Friedlander O. G., Nikolsky Yu. V. Numerical and experimental investigations of thermal stress effect on nonlinear thermomolecular pressure difference // AIP Conf. Proc. AIP. 2003. V. 663. є 1. P. 250Ц257.
7. Maxwell J. C. On stresses in rarified gases arising from inequalities of temperature // Philos. Trans. Roy. Soc. London. 1879. V. 27. P. 231Ц256.
8. Reynolds O. On the forces caused by the communication of heat between a surface and a gas; and on a new photometer // Philos. Trans. Roy. Soc. London. 1876. V. 166. P. 725Ц735.
9. Einstein A. Theory of radiometer energy source // Z. Phys. 1924. V. 27. P. 1Ц6.
10. Ketsdever A., Gimelshein N., Gimelshein S., Selden N. Radiometric phenomena: From the 19th to the 21st century // Vacuum. 2012. V. 86. P. 1644Ц1662.
11. Gerdroodbary M. B., Mosavat M., Ganji D. D., Taeibi-Rahni M., Moradi R. Application of molecular force for mass analysis of Krypton/Xenon mixture in low-pressure MEMS gas sensor // Vacuum. 2018. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2017.12.042. 
12. Hassanvand A., Gerdroodbary M. B., Anazadehseyed A., Moradi R. Calibration of low-pressure MEMS gas sensor for detection of hydrogen gas // Int. J. Hydrogen. Energy. 2018. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.11.087. 
13. Gerdroodbary M. B., Ganji D. D., Taeibi-Rahni M., Shidvash Vakilipour // Effect of geometrical parameters on radiometric force in low-pressure MEMS gas actuator // Microsystem Technologies. 2018. https://doi.org/10.1007/s00542-017-3653-9. 
14. Kaajakari V., Lal A. Thermokinetic actuation for batch assembly of microscale hinged structures // J. Microelectromech. Syst. 2003. V. 12. P. 425Ц432.
15. Strongrich A. D., OТNeill W.J., Cofer A. G., Alexeenko A. A. Experimental measurements and numerical simulations of the Knudsen force on a non-uniformly heated beam // Vacuum. 2014. V. 109. P. 405Ц416.
16. Strongrich A., Alexeenko A. Microstructure actuation and gas sensing by the Knudsen thermal force // Applied Physics Lett. 2015. V. 107. P. 193508.
17. Strongrich A. D., Pikus A. J., Sebastiao I. B., Peroulis D., Alexeenko A. A. Low-pressure gas sensor exploiting the Knudsen thermal force: Dsmc modeling and experimental validation / IEEE 29th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) (IEEE, 2016). 2016. P. 828Ц831.
18. Vargas M., Tatsios G., Valougeorgis D., Stefanov S. Rarefied gas flow in a rectangular enclosure induced by non-isothermal walls // Phys. Fluids. 2014. V. 26. P. 057101.
19. Bosworth R. W., Ventura A. L., Ketsdever A. D., Gimelshein S. F. Measurement of negative thermophoretic force // J. Fluid Mech. 2016. V. 805. P. 207Ц221.
20. Ventura A., Gimelshein N., Gimelshein S., Ketsdever A. Effect of vane thickness on radiometric force // J. Fluid Mech. 2013. V. 735. P. 684Ц704.
21. Bond D., Goldsworthy M. J., Wheatley V. Numerical investigation of the heat and mass transfer analogy in rarefied gas flows // Intern. J. Heat Mass Transfer. 2015. V. 85. P. 971Ц986.
22. Bond D. M., Wheatley V., Goldsworthy M. Numerical investigation of curved channel Knudsen pump performance // Intern. J. Heat Mass Transfer. 2014. V. 76. P. 1Ц15.
23. Balaj M., Roohi E., Akhlaghi H. Effects of shear work on non-equilibrium heat transfer characteristics of rarefied gas flows through micro/nanochannels // Intern. J. Heat Mass Transfer. 2015. V. 83. P. 69Ц74.
24. Guo V., Singh D., Murthy J., Alexeenko A. A. Numerical simulation of gas-phonon coupling in thermal transpiration flows // Phys. Rev. V. E80 (4). P. 046310.
25. Gerdroodbary M. B., Ganji D. D., Taeibi-Rahni M., Vakilipour S. Effect of Knudsen thermal force on the performance of low-pressure micro gas sensor // Europ. Phys. J. Plus. 2017. V. 132. є 7. P. 315.
26. Nabeth J., Chigullapalli S., Alexeenko A. A. Quantifying the Knudsen force on heated microbeams: A compact model and direct comparison with measurements // Phys. Rev. E. V. 83 (6). P. 066306.
27. Bird G. A. Molecular gas dynamics and the direct simulation of gas flows. Oxford: Clarendon Press, 1994.
28. OpenFOAM: the Open Source CFD Toolbox, user Guide, Version 1.6, 2009.
29. Gerdroodbary M. B., Barzegar M., Amini Y., Ganji D. D., Takam M. R. The flow feature of transverse hydrogen jet in presence of micro air jets in supersonic flow // Adv. Space Res. 2017. V. 59. P. 1330Ц1340.
30. Gerdroodbary M. B., Barzegar M., Ganji D. D., Amini Y. Numerical study of shock wave interaction on transverse jets through multiport injector arrays in supersonic crossflow // Acta Astronautica. 2015. V. 115. P. 422Ц433.
31. Gerdroodbary M. B., Barzegar M., Takami M. R., Heidari H. R., Fallah K., Ganji D. D. Comparison of the single/multi transverse jets under the influence of shock wave in supersonic crossflow // Acta Astronautica. 2016. V. 123. P. 283Ц291.
32. Gerdroodbary M. B., Barzegar M., Fallah K., Pourmirzaagha H. Characteristics of transverse hydrogen jet in presence of multi air jets within scramjet combustor // Acta Astronautica. 2017. V. 132. P. 25Ц32.
33. Mousavi S. V., Gerdroodbary M. B., Barzegar M., Sheikholeslami M., Ganji D. D. The influence of a magnetic field on the heat transfer of a magnetic nanofluid in a sinusoidal channel // Europ. Phys. J. Plus. 2016. V. 131. P. 347.
34. Gerdroodbary M. B., Mokhtari M., Bishehsari Sh., Fallah K. Mitigation of ammonia dispersion with mesh barrier under various atmospheric stability conditions // Asian J. Atmospheric Environment. 2016. V. 10. P. 125Ц136.
35. Taishan Zhu, Wenjing Ye. Origin of Knudsen forces on heated microbeams // Phys. Rev. E. 2010. V. 82. P. 036308.
36. Taishan Zhu, Wenjing Ye, Jun Zhang. Negative Knudsen force on heated microbeams // Phys. Rev. E. 2011. V. 84. P. 056316.

Система Orphus

Загрузка...
Вверх