分子流模块

模拟真空系统中低压气体流动的仿真软件

分子流模块

在离子注入器中,沿离子束的分子平均数密度用作评估设计的品质参数。它必须通过硅片绕轴旋转角度的函数的形式计算。

了解并预测自由分子流

研究真空系统的工程师和科学家们不仅使用“分子流模块”来设计真空系统,还通过它来了解并预测低压气体的流动。由于仿真分析可以加强人们对物理现象的理解,降低原型设计成本并加快开发速度,它们越来越频繁地出现在设计周期中。真空系统的原型设计往往十分昂贵。因此,通过在设计过程中增加仿真分析的应用,可以节省大量的成本。真空系统中发生的气体流动可以通过各种不同的物理现象来描述,而不仅仅是传统的流体流动问题。在低压条件下,气体分子的平均自由程与系统的大小接近,此时气体的稀薄状态变得非常重要。流态通过 Knudsen 数 (Kn) 来按量分类,该参数表示分子平均自由程与气流几何尺寸的比值:

流动类型 Knudsen 数
连续流 Kn < 0.01
滑动流 0.01 < Kn < 0.1
过渡流 0.1 < Kn < 10
自由分子流 Kn > 10

微流体模块可以模拟滑移流和连续流,而“分子流模块”则专门用于准确模拟自由分子流态下的流动情况。在过去,这种流态下的流动情况是蒙特卡罗直接模拟法 (DSMC) 来建模。这一方法可以计算通过系统的大量随机粒子的轨迹,但会在建模过程中引入统计噪声。对于低速流动,例如真空系统中的流动,通过 DSMC 方法引入的噪声导致无法对其使用蒙特卡罗方法模拟。

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  • 该模型使用自由分子流接口中的角系数法和利用数学粒子追踪接口建立的 Monte Carlo 法(需要粒子追踪模块),计算通过 RF 耦合器的传输概率。 该模型使用自由分子流接口中的角系数法和利用数学粒子追踪接口建立的 Monte Carlo 法(需要粒子追踪模块),计算通过 RF 耦合器的传输概率。

低压、低速气体流动的精确建模

“分子流模块” 提供了前所未有的仿真功能,可以在复杂几何中对低压气体流动精确建模,是模拟半导体工艺、粒子加速器和质谱仪等设备中使用的真空系统的理想工具。除此之外,模块还可以模拟小通道流动问题(例如,页岩气勘探和纳米多孔材料中的流动)。“分子流模块”使用角系数方法来模拟稳态自由分子流动,可以计算表面上的分子通量、压力、数密度以及热通量,并可以根据周围表面上的分子通量计算域、表面、边和点上的数密度。模块还支持等温和非等温分子流的建模,并计算来自气体分子的热通量。

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