Моделирование течений в микро и нано-газодинамических системах

Современные потребности авиации, космической отрасли, медицины, электроники и приборостроения связаны с необходимостью миниатюризации функциональных компонентов устройств для повышения их экономичности и эффективности. Поэтому в последние годы существенно возрос интерес к технологиям производства МЭМС/НЭМС, микронасосов, сепараторов, мембран, наноструктурированных катализаторов и покрытий для нужд различных отраслей. Проектирование значительной группы таких устройств и материалов связано с задачами о течении газа или пара и процессами теплообмена в микро- и наноструктурах.

Важной фундаментальной задачей является исследование течения газов в свободномолекулярном и переходном режиме в порах наноструктурированных материалов и каналах микро/нано-электромеханических систем со сложной геометрией и подвижными стенками с учетом атомной структуры твердого тела, ее теплового движения и явлений адсорбции. Поскольку молекулярное строение газа и материала – понятия, предусматривающие описание на атомном уровне, а целевые характеристики моделирования – величины макроскопические, решение этой задачи требует создания многомасштабных моделей, интегрирующих несколько уровней рассматриваемых процессов.

До настоящего времени течения в микро/нано- структурах и каналах остаются недостаточно изученными как в теоретическом, так и в экспериментальном плане. Экспериментальные методики, как правило, дают возможность определять только интегральные характеристики таких систем (общий расход, перепад давлений, общий тепловой поток, распределение температуры в образце) и не позволяют понять внутреннего механизма исследуемого процесса. Поэтому в данных задачах крайне востребованы эффективные теоретические подходы, применимые как для детального моделирования эффектов на молекулярных масштабах, так и для получения макроскопических характеристик изучаемых систем.