Thin Film Fluid Flow Simulation on Rotating Discs

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Autoren

Abstract

Dünnfilmströmungen auf rotierenden Scheiben, erzeugt durch einen auf die Scheibe auftreffenden Flüssigkeitsstrahl, sind in vielen industriellen Anwendungen, wie zum Beispiel dem nasschemische Ätzen von Wafern, ein wichtiger Prozessparameter. In dieser Arbeit wird eine Serie von numerischen Fallstudien, basierend auf der Volumen-of-Fluid-Methode (VoF), durchgeführt und mit publizierten, experimentellen Daten verglichen. Die Vergleiche zeigen, dass eine vollständige transiente Zweiphasen 3D VoF-Simulation mit einem frei beweglichen Einlass für den industriellen Einsatz aufgrund sehr langer Rechenzeiten nicht praktikabel ist. Daher dient das Dünnfilm-Modell, basierend auf einem integralen Verfahren, welches die dreidimensionale Natur des Problems durch Integration der Navier-Stokes-Gleichungen über die Filmdicke auf zwei Dimensionen reduziert, als Grundlage. Durch die Anwendung der Reynolds Zerlegung und Profilmodellierung von abhängigen Variablen können Trägheits- und Zentrifugalkräfte, die sonst während der Gleichungstransformation verloren gegangen wären, erhalten werden. Die Implementierung des so entwickelten Dünnfilmmodells wurde in der Open-Source-Software-Toolbox OpenFOAM unter Verwendung der Finite-Area-Methode, welche eine Spezialisierung der Finite-Volumen-Verfahren für Dünnfilmströmungen auf beliebigen Oberflächen ist, umgesetzt. Das resultierende Programm erfüllt die Anforderungen eines transienten, inkompressiblen Hochleistungssolvers für Dünnfilmströmungen, unter Berücksichtigung eines frei beweglichen Einlasses. Die Validierung erfolgte mit der VoF-Implementierung der ANSYS Fluent Software. Eine Erweiterung des Solvers stellt das diffusionsbasierende Modell für nasschemisches Ätzen von Silizium-Wafern dar.

Details

Titel in ÜbersetzungSimulation von Dünnschichtströmungen auf rotierenden Scheiben
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2016