A physical explanation of the gas flow diode effect
A physical explanation of the gas flow diode effect
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气流二极管效应的物理解释
DOI：
10.1007/s10404-016-1809-z
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发表时间：
2016
影响因子：
2.8
通讯作者：
Veltzke T
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Graur I;Meólans JG;Perrier P;Thöming J;Veltzke T
当气体处于滑移和过渡流态时，横截面略有变化的通道中的气体流动特性取决于通道灌注的方向。过去，据观察，与通道旁边发散的情况相比，会聚方向的流速更高。这种气流二极管效应既不存在于连续体区域中，也不存在于自由分子区域中，并且在与众所周知的克努森极小值相同的气体稀疏水平处具有最大值。然而，尚未对这种二极管效应的物理原理进行全面的研究。为了克服这一知识差距，本文通过适当的实验研究继续我们之前的工作。在这里我们可以表明，二极管效应关键取决于倾斜壁与整个通道内表面的比例。此外，壁本身的倾斜度决定了二极管效应的强度，这意味着二极管效应随着开口角度的增加而增加。此外，我们发现有迹象表明，二元性还取决于撞击气体分子的摩尔质量和内部结构。最后，我们提出了对二极管效应的解释，该效应主要基于气体分子与锥形通道的倾斜壁碰撞的切向反射过程。
Gas flow properties in channels with slightly varying cross section have a dependency on the direction of channel perfusion when the gas is in the slip and transitional flow regimes. In the past, it was observed that the flow rate in converging direction is higher compared to the case where the channel diverges alongside. This gas flow diode effect does neither exist in the continuum regime nor in the free molecular regime, and it has its maximum at the same level of gaseous rarefaction as the well-known Knudsen minimum. However, no comprehensive study on the physics of this diode effect is carried out yet. In order to overcome this knowledge gap, the current paper proceeds our previous works by an appropriate experimental study. Here we can show that the diode effect crucially depends on the proportion of inclined walls to the overall channel inner surface. Also the inclination of the wall itself determines the strength of the diode effect meaning that the diodicity increases with the opening angle. Furthermore, we found indication that the diodicity also depends on the molar mass and the internal structure of the impinging gas molecules. Finally, we propose an explanation of the diode effect that is mainly based on the tangential reflection process of gas molecules colliding with the inclined walls of a tapered channel.
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