分子流動模組（Molecular Flow Module）是COMSOL Multiphysics®軟體的一個附加模組，用於設計真空系統以及理解和預測自由分子流動領域中的低壓氣體流動。在歷史上，這個領域的流動通常通過直接模擬蒙特卡洛（DSMC）方法來模擬。DSMC方法通過系統計算大量隨機粒子的軌跡，但其缺點是在模擬過程中引入統計噪聲。對於低速流動，例如在真空系統中遇到的流動，DSMC引入的噪聲使得模擬變得不可行。分子流動模組使用一種確定性方法，完全免受這種統計噪聲的影響，為模擬低速流動提供了一種快速且方便的方法。
低壓、低速氣體流動的精確模擬
分子流動模組（Molecular Flow Module）非常適合用於模擬真空系統，包括用於半導體加工、粒子加速器和質譜儀的系統。小通道應用，如頁岩氣勘探和納米孔材料中的流動，也可以處理。
該模組使用角係數法（angular coefficient method）來模擬穩態自由分子流動，允許在表面上計算分子通量、壓力和熱通量。可以從周圍表面的分子通量重建域、表面、邊緣和點上的數密度。還可以模擬等溫和非等溫分子流動，並計算來自氣體分子的熱通量貢獻。
您可以使用分子流動模組模擬的內容
設計真空系統並預測低壓氣體流動
真空系統（Vacuum Systems）
研究差動抽氣的真空系統。
超高真空化學氣相沉積（CVD）（Ultra-High Vacuum Chemical Vapor Deposition (CVD)）
使用多種物種模擬矽晶片的生長。
電荷交換電池（Charge Exchange Cells）
模擬質子束與電荷交換電池的相互作用。
離子注入（Ion Implantation）
優化半導體晶片摻雜的離子注入過程。
熱蒸發（Thermal Evaporation）
計算熱蒸發金膜的厚度。
吸附和解吸（Adsorption and Desorption）
在低壓下研究真空系統中的吸附和解吸。
分子流動模組的特點和功能
分子流動模組包含用於準確模擬自由分子流動（free-molecular-flow）領域中流動的功能
自由分子流動（Free Molecular Flow）
自由分子流動界面（Free Molecular Flow interface）可用於準確模擬高度稀薄的氣體流動。該界面求解幾何中邊界上的分子通量，並包括計算邊界上的數密度、壓力和熱通量的選項。使用此界面，可以僅在邊界上生成網格來運行模擬。為了在域內重建數密度，可以輕鬆添加體積網格。通過自由分子流動界面，可以使用真實的CAD模型作為基礎來執行分子流動模擬。
邊界條件
分子流動模組（Molecular Flow Module）提供了多種可以指定給模型的邊界條件。內置了用於指定由於大型鄰近儲藏庫或完全真空而在邊界上產生的壓力的功能。也可以直接為非等溫分子流動指定表面溫度。此外，該模組提供了指定參數的能力，如泵流量和分子吸附分數，或直接設定任何給定表面的吸附率。該模組還提供了用於模擬蒸發源和使用數值或任意表達式指定從表面發射的通量的功能。
此外，分子流動模組還包括各種邊界條件，用於模擬真空系統內不同類型的固體表面。例如，可以使用牆面（Wall）功能定義一個邊界，其中入射分子從表面漫反射。還有使用出氣牆面（Outgassing wall）功能的選項，其中入射分子漫反射，並且額外的分子漫射性地出氣。吸附/解吸（Adsorption/Desorption）選項可用於使一部分入射分子被吸收，而其餘分子漫反射。此外，還可以使用沉積牆面類型（Deposition wall type）選項來模擬分子將積累的表面。
角係數法（Angular Coefficient Method）
對於高度稀薄的流動，自由分子流動界面（Free Molecular Flow interface）使用角係數法，這是一種確定性方法，比基於粒子的方法更快。對於計算壓力和數密度，這種方法比近似導流率方法（approximate conductance methods）更加精確。此外，多種氣體物種可以同時輕鬆處理。
過渡流動
分子流動模組（Molecular Flow Module）可以用來模擬比自由分子流動稍微稀薄一些，但仍比滑移流動更稀薄的流動。這通常包括從納維-斯托克斯極限（Navier–Stokes limit）到分子流極限（molecular flow limit）的稀薄流動。專為這類稀薄流動設計的過渡流動界面（Transitional Flow interface）基於離散速度法（discrete velocity method）。採用這種方法，選擇一組有限的速度來代表分子的所有潛在速度。然後將原子分配到這些速度分區中，並且該界面計算每個分區中的數密度。在域內解決對流方程，並補充一個散射項，將分子在分區間重新定位。該模組還包括各種專用邊界條件以簡化設置。由於過渡流模擬在計算上要求高且需要大量處理能力和時間，因此最好應用於可以簡化CAD幾何模型的情況。
擴展多物理場分析
分子流動模組（Molecular Flow Module）可以與COMSOL產品套件中的其他模組結合使用，以擴展執行多物理場模擬的功能。通過結合模組，來自其他模組的數據，如場變量和參數，可以通過界面耦合在分子流動模組中使用。例如，如果您將分子流動模組與粒子追蹤模組（Particle Tracing Module）結合，則用於計算背景數密度的自由分子流動界面（Free Molecular Flow interface）可以與帶電粒子追蹤界面（Charged Particle Tracing interface）結合，以模擬粒子與周圍中性原子之間的碰撞。
軟體展示需求
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