Abstract
Wall slip models are essential to the study of nonequilibrium gas transport in rarefied and microscale condition that can be found in gas flows associated with aerospace vehicle, propulsion system, and MEMS. The Maxwell slip model has been used for this type of problem, but it has difficulty in defining the so-called accommodation coefficient and has not been very effective in numerical implementation. In the present study, on the basis of Langmuir's theory of the adsorption of gases on metals, a physical slip model is developed. The concept of the accommodation coefficient and the difference of gas particles are clearly explained in the new model. It turned out that the Langmuir model recovers the Maxwell model in the first-order approximation. The new models are also applied to various situations including internal flow in a microchannel. Issues of validation of models are treated by comparing analytic results with experiment.
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.
