희박 상태 비행체 외부 및 추진장치 내부 유동이나 MEMS 장치의 기체유동은 높은 열적 비평형성으로 인해 벽면 슬립모델을 필요로 한다. 조절계수와 벽면속도 구배를 바탕으로 하는 Maxwell 조건이 주로 사용되어 왔지만, 조절계수를 자체적으로 정의할 수 없고, 일차 미분 형태로 인해 실제 적용시 수치적 관점에서 효율적이지 못한 어려움이 있었다. 본 연구에서는 이 문제를 해결하고자 Langmuir의 벽면-기체입자 흡착이론을 이용한다. 벽면온도, 벽면-기체입자간 물리적 힘의 함수인 조절계수를 유도하고, 입자형태의 차이를 감안할 수 있는 물리적 슬립모델을 개발하여 기존 Maxwell 모델과 비교하였다. 또한 내부, 외부, 열유체 유동에 관한 슬립모델의 해석적 해를 실험값과 비교하여 그 유용성을 확인하였다.
21세기에 가장 시급하게 확보되어야 하는 기술은 BT(Biotechonolgy)와 NT(Nano technology)를 접목시키는 기술이다. 특히, 이들을 종합한 MEMS 에 관한 연구는 가장 광범위한 분야에서 활발하게 이루어지고 있어 그 기술적 가치가 점차 중요시되고 있다. 본 연구는 Simulation을 통하여 Bio-MEMS 기술에서 사용되는 미세Pump 내에서의 유체흐름을 Fluent 프로그램을 사용하여 알아보고자 하였다. 즉, 미세Pump 내로 유체가 흐를 경우, 유체의 압력변화나 온도변화 및 Model에 따른 유동의 흐름을 관찰하여 미세Pump 내에서의 최적의 외부조건과 최적의 Pump Model을 알아보고자 실험하였다. 유동의 흐름을 조사해 본 결과 Chamber의 유무에 따라 압력과 온도의 변화를 관찰할 수 있었다. Chamber가 있는 경우 압력의 변화가 적었고 온도의 변화 또한 적었다. 따라서 Chamber가 있는 Pump가 유체의 흐름에 영향을 적게 줌을 알 수 있었으며 이는 Chamber가 있는 Pump를 설계하는 것이 필요하다고 할 수 있다.
The present research proposes a pressure based approach along with Langmuir slip condition for predicting microscale fluid flows. Using this method, gaseous slip flows in 2 -dimensional microchannels are numerically investigated. Compared to the DSMC simulation, statistical errors could be avoided and computing time is much less than that of the aforementioned molecular approach. Maxwell slip boundary condition is also studied in this research. These two slip conditions give similar results except for the pressure nonlinearity at high Knudsen number regime. However, Langmuir slip condition seems to be more promising because this does not need to calculate the streamwise velocity gradient accurately and to calibrate the empirical accommodation coefficient. The simulation results show that the proposed method using Langmuir slip condition is an effective tool for predicting compressibility and rarefaction in microscale slip flows.
Supersonic microjets acquire considerable research interest from a fundamental fluid dynamics perspective, in part because the combination of highly compressible flow at low-to-moderate Reynolds number is not very common, and in part due to the complex nature of the flow itself. In addition, microjets have a great variety engineering applications such as micro-propulsion, MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems) components, microjet actuators and fine particle deposition and removal. Numerical simulations have been carried out at moderate nozzle pressure ratios and for different nozzle exit diameters to investigate and to understand in-depth of aerodynamic characteristics of supersonic microjets.
Micro-injection molding and microfluidic devices with the help of MEMS technologies including the LIGA process are expected to play important roles in. micro-system industries, in particular the bioapplication industry, in the near future. Understanding fluid flows in micro-channels is important since micro-channels are typical geometry in various microfluidic devices and mold inserts for micro-injection molding. In the present study, both experimental and numerical studies have been carried out to understand the detailed flow phenomena in micro-channel filling process. Three sets of micro-channels of different thickness were fabricated and a flow visualization system was also developed to observe the filling flow into the micro-channels. Experimental flow observations were extensively made to find the effects of channel width and thickness, and effects of surface tension and volume flow rate and so on. And a numerical analysis system has been developed to simulate the filling flow into micro-channels with the surface tension effect taken into account. Discussed are the flow visualization experimental observations along with the predictability of the numerical analysis system.
Micro-injection molding and microfluidic devices with the help of MEMS technologies including the LIGA process are expected to play important roles in micro-system industries, in particular the bio-application industry, in the near future. Understanding fluid flows in micro-channels is important since micro-channels are typical geometry in various microfluidic devices and mold inserts for micro-injection molding. In the present study, Part 1, an experimental investigation has been carried out to understand the detailed flow phenomena in micro-channel filling process. Three sets of micro-channels of different thickness (40um,30um and 2011m) were fabricated using SU-8 on silicon wafer substrate. And a flow visualization system was developed to observe the filling flow into the micro-channels. Experimental flow observations are extensively made to find the effects of pressure, inertia force, viscous force and surface tension. A dimensional analysis for experimental results was carried out and several relationships A dimensionless parameters are obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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