Modellierung von Teilchenwechselwirkung mit kryogenen Oberflächen im kinetischen DSMC Verfahren

Abstract

1916 stellte Irving Langmuir die Überlegung auf, dass Teilchen beim Auftreffen auf Oberflächen nicht instantan reflektiert oder gestreut werden, sondern von der Oberfläche aufgenommen und wieder emittiert werden können [12]. In verdünnten Gasströmungen finden Teilchenkollisionen untereinander deutlich seltener als in Kontinuumsströmungen statt und werden daher als frei-molekular beschrieben. Zur numerischen Lösung und Simulation von frei-molekularen Strömungen entwickelte Bird in den 1960er Jahren die DSMC Methode [2]. Da in frei-molekularen Strömungen die Bewegung der einzelnen Teilchen betrachtet werden muss, muss auch die Teilchen-Wand-Wechselwirkung auf Teilchenebene betrachtet werden. Dazu wird das von Irving Langmuir aufgestellte Langmuir-Modell in den DSMC Löser SPARTA implementiert und im Rahmen verschiedener Testfälle überprüft. Es werden Parameter der einströmenden Teilchen variiert und die Auswirkungen der Variation oberflächenspezifischer Parameter untersucht. Insbesondere wird der zeitliche Verlauf in den stationären Zustand hinein gelöst. Abschließend werden numerische Stabiliät und Grenzfälle des Langmuir-Modells betrachtet.