澳科大研究人員在稀薄氣體環境下的氣體吸附理論研究中取得突破
13/12/2022
13/12/2022
氣體在物體表面的吸附是一個基本的物理過程。1938年，Brunauer-Emmett—Teller建立了著名的多層氣體吸附模型（BET理論，論文引用次數超2萬次），用於計算氣體吸附——解吸附達到動態平衡時的氣體佔據數等。在太空等稀薄氣體環境下，氣體吸附與解吸附可對環境壓強等參數產生重要影響，需要建立動態理論模型研究這一過程。12月6日，澳門科技大學月球與行星科學國家重點實驗室副主任張小平副教授與其指導的博士研究生于心澄在流體物理學著名期刊《流體物理學》（Physics of Fluids）上發表了稀薄氣體多層吸附動態理論。研究團隊建立了研究氣體分子吸附-解吸附過程的動力學理論框架，並用直接模擬蒙特卡洛（DSMC）仿真方法進行數值計算，獲得了分子吸附——解吸附的動態過程以及吸附——解吸附過程對環境流場的影響
團隊首先發現和提出了描述多層動態吸附過程的微分方程組。如利用理論計算及數值模擬方法，證明了該動力學方程組的解與之前的BET平衡態解是相互自洽的。以及在動力學數值模擬中團隊首次發現了氣體與固體表面可能存在的過解吸附效應。在該研究中，還首次提出描述氣體吸附過程對環境影響的雙向耦合模擬算法，用於研究氣體吸附對周边環境流場的影響。
團隊首先發現和提出了描述多層動態吸附過程的微分方程組。如利用理論計算及數值模擬方法，證明了該動力學方程組的解與之前的BET平衡態解是相互自洽的。以及在動力學數值模擬中團隊首次發現了氣體與固體表面可能存在的過解吸附效應。在該研究中，還首次提出描述氣體吸附過程對環境影響的雙向耦合模擬算法，用於研究氣體吸附對周边環境流場的影響。
通過DSMC 新方法計算的達到動力學平衡的結果與之前的平衡態理論結果的對比 [Yu et al. 2022]
在動力學數值模擬中首次發現的氣體與固體表面過解吸附效應[Yu et al. 2022]
氣體吸附解吸附過程中，環境氣體的馬赫數隨時間的變化 [Yu et al. 2022]
太空中廣泛存在稀薄氣體環境，如彗星，星雲等，這項工作為研究太空中的氣體——固體相互作用的動態耦合過程奠定了基礎。同時，月球極區水冰探測等工程任務也需要建立有效的微量水探測手段，水汽加熱傳輸等過程中的水吸附會對測量結果產生顯著影響。這項工作為相關的科學及工程探測提供了理論依據和指導。
研究論文於2022年12月6日在國際著名期刊《流體物理學》（Physics of Fluids）在線發表，並被選為編輯推薦工作（Editor’s Pick）。論文第一作者為澳門科技大學月球與行星科學國家重點實驗室博士研究生于心澄，張小平副教授為通訊作者。于心澄同學本科和碩士畢業於南京大學物理學院，2020年9月至今在澳科大月球與行星科學國家重點實驗室攻讀博士學位，目前以第一作者身份在 Physics of Fluids，Chinese Physics B 等期刊發表學術論文4篇。
本研究得到澳門科學技術發展基金資助（項目編號0014/2022/A1 及0042/2018/A2）。
相關論文鏈接：https://doi.org/10.1063/5.0124970
轉載自澳門科技大學：https://www.must.edu.mo/news/48051-article1212151235
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