同时测量气体微流动中壁面与近壁温度的方案设计
仪器与探测器
2019-08-05 v1 经典物理
摘要
过去二十年中，微尺度系统中的气体行为受到了研究人员的极大关注 [1-4]。如今，开发新的实验技术以捕获稀薄条件下气体的局部温度分布受到了更多重视。这一关注背后的主要原因是气体在这些稀薄条件下，特别是在过渡区，所表现出的有趣物理现象。此时开始出现局部热力学非平衡，表现为壁面处的速度滑移和温度跳跃 [1-4]。然而，理解上述现象的实验证据有限。随着实验设施的进步，至少在原理上，如今已有可能绘制稀薄条件下气体的局部温度分布。分子标记法就是这样一种已显示出在低压条件下绘制温度分布潜力的技术 [5]。在分子标记法中，将极少量的示踪分子引入目标气体（称为载气）。气体流动研究中，常用的示踪剂是丙酮和联乙酰。假设这些示踪分子与载气处于平衡状态，用特定波长（通常是激光）的能量源激发它们。受激分子不稳定，倾向于以辐射和非辐射方式去激发，表现为荧光和磷光。跟踪标记线随时间的变形可获得流速。此外，磷光和荧光强度对气体温度的依赖性也可能使该技术用于局部温度测量。本研究的目标是开发一种能够同时绘制壁面和近壁流体温度的实验装置，最终目标是在达到稀薄条件时测量壁面处的温度跳跃。图 1 所示装置的独创性在于将使用红外相机的表面温度测量与用于气体温度测量的分子标记测温法 (MTT) 相结合。通道底壁将由厚度为 650 μm 的蓝宝石基底制成，其上镀有氧化铟锡 (ITO) 薄膜。该 ITO 层的平均粗糙度约为 3 nm。通道顶壁将由 SU8 制成，并通过一层 PDMS 与底壁键合。通道中将充满丙酮蒸气，
引用
@article{arxiv.1908.00621,
title = {Proposed Design for Simultaneous Measurement of Wall and Near-wall Temperatures in Gas Microflows},
author = {Varun Yeachana and Vikash Kumar and Lucien Baldas and Marcos Rojas-Cárdenas and Christine Barrot and Ryan Enright and Stéphane Colin},
journal= {arXiv preprint arXiv:1908.00621},
year = {2019}
}