Газовый микронасос на основе поверхностных акустических волн

Ключевые слова: РАЗРЕЖЕННЫЙ ГАЗ, ПОВЕРХНОСТНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ, МИКРОКАНАЛ, ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Аннотация

В настоящее время большинство опубликованных работ по микронасосам сфокусированы на использовании жидкости в качестве рабочей среды, при этом работы по газовым микронасосам сильно отстают. Основными трудностями являются маленькие силы достигаемые на микромасштабе, герметичность, а также сжимаемость газа. Однако, несмотря на все эти трудности, исследования продолжаются, мотивированные потребностью в таких устройствах в различных отраслях МЭМС индустрии. Большинство исследовании по газовым микронасосам фокусируется на системах с подвижными элементами, такими как роторные и перистальтические системы, часто используемые в макронасосах. Но миниатюризации данных методов на микромасштаб представляет собой существенный вызов для производства.
Исследования в области микрофлюидики предлагают другую идею насоса “без подвижных частей”. Жидкостные микронасосы, основанные на использовании поверхностных акустических волн (ПАВ), уже давно исследуются применительно к разным задачам. В теории, данный подход можно применить к созданию газовых микронасосов. Последние исследования автора показывают, что эффект производимый ПАВ’ами в микроканалах на протекающий газ, схож с влиянием на протекающую жидкость.
В данной работе исследуется допустимый диапазон параметров устройства, а также практическая ценность такого устройства. Численные исследования показали принципиальную возможность использования подобных устройств для создания газовых микро насосов. Был проведен анализ влияния таких ключевых параметров, как степень разреженности газа, и параметры бегущих волн. Показано, что при фиксированном внешнем давлении, в задачах компрессии предпочтительнее будут каналы меньшего размера, в то время как для задач прокачки газов, лучше выбирать большие каналы.
Работа выполнена при поддержке Российского Научного Фонда (грант № 23-71-10057).

Keywords: RAREFIED GAS, SURFACE ACOUSTIC WAVES, MICROCHANNEL, NUMERICAL SIMULATIONS

Abstract