Здравствуйте, прошу ответить на мои вопросы в чате телеграмма по молекулярному движению. Они уже несколько месяцев висят без ответа
Продублируйте вопросы тут.
Доброе утро, коллеги. Анализирую вакуумную систему в переходном режиме, используя интерфейс Transitional Flow. В вакуумную камеру помещён источник, который выделяет газ коротким однократным импульсом, также есть высоковакуумный насос. Требуется получить распределение концентрации и оценить количество частиц попавших в насос. высылаю файл с максимально упрощённой геометрией. В результате расчёта получены поля концентрации и плотности с отрицательными значениями, что нефизично. Прошу помощь разобраться.
Доброе утро, коллеги. Анализирую вакуумную систему в молекулярном режиме, используя интерфейс Free Molecular Flow. В вакуумную камеру помещён источник, который выделяет газ коротким однократным импульсом, также есть высоковакуумный насос. Требуется получить распределение концентрации и оценить количество частиц попавших в насос в течении времени. Высылаю файл с максимально упрощённой геометрией. начальное значение на графике отличается от того, что я вносил в Initial values. Прошу помощь разобраться.
Как переслать файлы здесь я пока не разобрался, но они есть в телеграмме. Кстати, не могли бы Вы поделиться логином и паролем на ресурсы кафедры?
Уважаемы коллеги, место немного ограничено, по этому предлагаю пока грузить в яндекс диск и тут передавать ссылками. Надеюсь мы это в будущем улучшим.
Файлы (о которых говорилось) прикладываю.
VacSysTF2Dsimlev2.mph (14,4 МБ)
VacSys_FMF_2Dsimple5sp_2.mph (6,8 МБ)
Transitional Flow: отрицательные концентрация и плотность
В VacSysTF2Dsimlev2.mph отрицательные значения связаны с некорректным численным решением. Здесь tran.N — концентрация молекул, м⁻³, а tran.rho — массовая плотность газа, кг/м³.
В настройках и журнале решателя обнаружено следующее:
- Absolute tolerance =
1e13при методе Scaled. При масштабе переменных около1.1e15абсолютная составляющая допуска получается порядка1e28м⁻³. Поэтому относительный допуск1e-7не обеспечивает требуемую точность. - Первый принятый шаг после инициализации заканчивается на 15,9 мкс, тогда как максимум газовыделения приходится примерно на 3,1 мкс. Значения в заданные выходные моменты интерполируются: частый вывод результатов не означает малого внутреннего шага.
- Расчёт завершился ошибкой сходимости на 0,01711 с, с NaN/Inf в
tran.f1…tran.f9. Эти результаты нельзя использовать для расчёта количества откачанных молекул.
Порядок исправления:
- В рабочей копии очистить решение, исправить абсолютный допуск и проверить масштаб переменных. Значение Scaled-допуска следует выбирать по требуемой точности концентрации, а не только по сходимости решателя.
- Для расчёта импульса начать с начального шага порядка 1 нс и ограничения максимального шага 0,05–0,1 мкс. Это пробные настройки; результат необходимо сравнить с расчётом при уменьшенном шаге.
- Уточнить сетку у источника. Сравнить квадратуры интегрирования по пространству скоростей
D2Q9,D2Q36иD2Q64. После смены квадратуры пересоздать конфигурацию решателя: сейчас в ней вручную перечислены девять переменных. - Проверять минимальные значения
tran.N,tran.rhoи дискретных распределенийtran.f1…tran.fn. Обнуление отрицательных значений при обработке результатов не исправляет решение.
Газовыделение задано функцией pw2(t), а существующие графики источника показывают отключённые an1 и pw1. Проверять нужно pw2(t). Контрольная попытка с уменьшенными допуском и шагом не дала завершённого решения, поэтому исправление этих настроек ещё не подтверждает корректность расчёта.
Free Molecular Flow: расхождение с Initial Values
В VacSys_FMF_2Dsimple5sp_2.mph следует исправить Wall 1 → Adsorption/Desorption.
Поле Desorption rate задаёт молярную плотность потока десорбции, моль/(м²·с). Числа 2.55 для CO и 55 для H₂ означают потоки в этих единицах, действующие уже при t = 0. Начальная поверхностная концентрация адсорбированного газа составляет всего 2e-12 моль/м². Постоянный поток десорбции не зависит от оставшегося запаса, и в сохранённом решении поверхностная концентрация становится отрицательной. Описание граничного условия COMSOL.
Если исходное число — константа скорости десорбции первого порядка, например k_des_CO с единицей 1/s, в поле Desorption rate для CO нужно задать:
k_des_CO*fmf.n_ads_CO
Если задано среднее время пребывания tau_CO с единицей s, выражение имеет вид fmf.n_ads_CO/tau_CO.
Начальные значения также не согласованы: n0 и p0 ненулевые, а все падающие молекулярные потоки G0 равны нулю. При согласованной инициализации решатель изменяет начальные значения, чтобы удовлетворить уравнениям. Контрольный расчёт без десорбции и импульса дал нулевую концентрацию газа при сохранённых ненулевых n0,p0. Фоновое состояние следует рассчитывать отдельным Stationary-шагом с работающим насосом и физически заданными фоновыми источниками газа.
FMF не учитывает время пролёта молекул: в Time Dependent решается квазистационарная задача, и поток между поверхностями переносится мгновенно. Здесь длительность импульса около 10 мкс, а оценка времени пролёта до насоса по средней тепловой скорости при температуре источника составляет 85–600 мкс для разных компонентов. Поэтому FMF не подходит для определения временной зависимости прихода этого импульса в насос. Уменьшение шага не меняет принятую модель переноса. Описание интерфейса COMSOL.
Если межмолекулярными столкновениями можно пренебречь, такую задачу можно решать трассировкой молекул с распределением скоростей, отражениями от стенок и захватом насосом. Если столкновения существенны, требуется кинетическая модель с их учётом. Число Кнудсена нужно оценивать во время импульса, а не только по начальному давлению.
Кроме того, в range(10.2e-6,1e-3,1e-4) шаг 1 мс превышает длину диапазона. Сохранённое решение заканчивается на 10,2 мкс, а не на 100 мкс.
Подсчёт молекул, удалённых насосом
В данной FMF-модели задайте оператор интегрирования intop_pump по границам насоса 14 и 15. Для CO число молекул, удаляемых за секунду:
R_pump_CO = 0.1[m]*intop_pump(-fmf.Jnet_CO)
Здесь fmf.Jnet_CO = fmf.J_CO − fmf.G_CO: испускаемый поверхностью поток минус падающий. Множитель 0.1[m] учитывает размер камеры в направлении, перпендикулярном плоскости двумерной модели. Результат имеет единицу 1/с. Интеграл R_pump_CO по времени даёт число удалённых молекул. Умножать его на число Авогадро не нужно.
Интегрирование fmf.G_CO даёт число попаданий на поверхность насоса, включая повторные попадания после отражений. Для Transitional Flow аналогично интегрируется поток в насос на границе 8 с учётом толщины 0,1 м. Если используется массовый расход, его переводят в число молекул множителем N_A/M, где M — молярная масса в кг/моль.
Формула интегрирования потока FMF корректна, но достоверность временной зависимости ограничена квазистационарным приближением. В модели с учётом времени переноса нужно проверять баланс молекул в газе, на стенках и в насосе с учётом всех внешних источников. Счётчик насоса включает фоновый газ; молекулы импульса необходимо учитывать отдельно, если требуется именно их количество.
спасибо, буду пробовать
1 лайк