【摘要】：隨著科技的進步和納米技術的發(fā)展,各種微納器件的應用越來越廣泛。很多微納器件內(nèi)都涉及氣體的流動。由于特征尺度很小,受壁面作用和稀薄效應的影響,微納尺度通道內(nèi)的氣體流動有別于宏觀流動,基于宏觀流動理論得到的各種結論將不一定正確,這會極大影響儀器的測量精度。因此,非常有必要研究微納尺度下氣體流動的特性,本文主要從這方面開展工作。當通道尺度較小時,壁面附近的氣體會出現(xiàn)偏離平衡態(tài)的情況,從而在壁面上會出現(xiàn)速度滑移現(xiàn)象,這對流動影響非常大。本文采用分子動力學方法研究光滑壁面和粗糙壁面下的速度滑移現(xiàn)象,考慮了Poiseuille流和Couette流兩種流動。對于光滑壁面的Poiseuille流動,首先研究了不同驅(qū)動壓力、密度、溫度和流固作用強度對速度滑移的影響。得到驅(qū)動壓力越大,速度滑移越大,且呈線性增長趨勢;速度滑移隨密度的增大而減少,并且得到速度滑移隨Kn的增大而增大;在小密度時,溫度越大,速度滑移越大;速度滑移隨著流固作用強度的增大先不斷減少,后有所增加。其次研究多個因素的組合對速度滑移的影響,得到了在不同密度、溫度、流固作用強度下,速度滑移均隨著驅(qū)動壓力的增大而增大;在研究不同溫度下速度滑移隨著密度變化時得到,在較小密度情況下,速度滑移隨著溫度的增加而不斷增大,但當密度較大時,速度滑移隨著溫度的增大而減小;研究不同流固作用強度下密度對速度滑移的影響時得到了流固作用強度較小時,速度滑移隨著密度的增大而不斷減少,當流固作用強度較大時,隨著密度的增大產(chǎn)生了負滑移;當繼續(xù)增大流固作用強度,在小密度的情況下,速度滑移有所增加;對于密度較大時,流固作用強度的增加幾乎不影響速度滑移的大小;還得到了流固作用強度較小時,速度滑移隨著溫度的增大而增大,流固作用強度較大和溫度較低時,氣體分子出現(xiàn)凝聚,導致速度滑移變大。對于光滑壁面的Couette流動得到的結論基本和Poiseuille流動一致。關于粗糙壁面的研究,首先提出了粗糙壁面的虛擬壁面方法,得到相同條件下虛擬壁面的模擬結果和真實壁面的模擬結果吻合,但是模擬效率提高了200多倍。然后用該方法對兩種流動的粗糙壁面進行了速度滑移的研究,分別從不同粗糙元的縱橫比、間距和高度進行研究。對于不同粗糙元的縱橫比、間距、高度,兩種流動的結果符合得比較好。兩種流動的速度滑移都是隨著粗糙元縱橫比的減少而增大,隨粗糙元間距的增大而增大,隨粗糙元高度的增大而減少。
【學位授予單位】：中國計量大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O64
【圖文】：

中國計量大學碩士學位論文的學者，關注的也是流場中流體速度的變化，對于速度滑移度滑移的定義ouette流和Poiseuille流兩種不同的流體流動方式對速度滑移進.1 是二維 Couette 流動下的速度滑移的定義，由把(1-1)式 Nav算，可直接得到 Couette 流的速度滑移 us。

圖 1.1 二維 Couette 流動速度滑移示意圖圖1.2為二維Poiseuille流速度滑移的定義。在考慮速度滑移的情況下，速度分布為[55]：2212x sh dP zu uμdx h = + (1-3)上式中 μ 為粘度，h 為通道中心到壁面的距離。把(1-1)式 Navier 邊界條件代入(1-3)得到：221 22sxh dP zLuμdx h h = + (1-4)得到壁面摩擦系數(shù)如式(1-5):12 1Re1 6fsCLH=+(1-5)Re 為雷諾數(shù)，在無滑移的情況下，滑移長度 Ls為 0，所以(1-3)中的 us項和(1-4)中的最后一項都不存在，流體變?yōu)槌Ｒ?guī)流動，壁面摩擦系數(shù) Cf為 12/Re。5

圖 1.3 流動區(qū)域劃分及相應的控制方程納尺度流動研究方法尺度下流體流動研究方法也分為三大類：實驗研究，理論研究和與宏觀研究方法相同。往往是發(fā)現(xiàn)一個新現(xiàn)象及其相關的規(guī)律的基礎，但由于微納尺度尺度效應，給實驗研究帶來極大挑戰(zhàn)�，F(xiàn)有研究微納尺度流體流包括了 AFM，NFVL，SFA，PIV 技術等，但是這些實驗儀器的精微納尺度的要求，并且實驗所依賴的模型幾乎都是假想的，所以大的誤差，這也是微納尺度下實驗研究匱乏的原因，即使有部分的方式來研究微納尺度的流動特性，不僅存在較大的誤差，而且交界面上的特性。研究是實驗和模擬的基礎，通過建立相應的數(shù)學模型，求解模型揭示相關物理現(xiàn)象。但是求解過程十分復雜，并且對于流固交界[25]

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 聞彤;;分子動力學模擬試驗對鋯基固體電解質(zhì)超離子間的傳導和微結構的影響[J];山西青年;2017年15期

2 于萬瑞,劉戈三;固體中沖擊波的分子動力學研究[J];高壓物理學報;1988年01期

3 邵俊,舒光裕,陳念貽,徐樺;LiCl熔鹽急冷形成非晶固體的分子動力學計算機模擬研究[J];物理化學學報;1988年05期

4 龐小峰;生物自組織的分子動力學理論研究[J];原子與分子物理學報;1989年03期

5 張春斌;物態(tài)方程的分子動力學研究[J];高壓物理學報;1989年01期

6 于萬瑞;高應變率下材料行為的分子動力學研究[J];高壓物理學報;1989年02期

7 王繼海,張景琳;二維晶格中激波的傳播和自由面反射的分子動力學數(shù)值研究[J];計算物理;1989年01期

8 范西俊,范椿,吳大誠,江體乾;流變學研究的若干問題[J];力學進展;1989年04期

9 陳致英,丁家強,蔡錫年;雙原子分子晶體振動弛豫過程的分子動力學研究[J];力學學報;1989年01期

10 王漢奎;張雄;劉巖;;并行化光滑分子動力學方法及其與分子動力學的耦合[J];計算物理;2008年06期

相關會議論文 前10條

1 周圓兀;;基于分子動力學的酶柔性分析[A];第十屆全國酶學學術討論會論文集[C];2011年

2 張志勇;劉海燕;施蘊渝;;分子動力學與粗�；Ｐ拖嘟Y合提高采樣效率的方法[A];第九次全國生物物理大會學術會議論文摘要集[C];2002年

3 李春華;孫庭廣;陳慰祖;王存新;;谷氨酰胺結合蛋白與谷氨酰胺結合機制的分子動力學研究[A];中國生物醫(yī)學工程學會第六次會員代表大會暨學術會議論文摘要匯編[C];2004年

4 魯紅權;張俊乾;;基于機群的并行分子動力學裂紋模擬[A];第十一屆船舶水下噪聲學術討論會論文集[C];2007年

5 康英永;呂守芹;霍波;龍勉;;利用力致分子動力學模擬方法構建剪切流場[A];第九屆全國生物力學學術會議論文匯編[C];2009年

6 祝文軍;;沖擊壓縮鐵的塑性與相變的分子動力學研究[A];2015年版中國工程物理研究院科技年報(I)[C];2015年

7 王傳奎;孟慶田;;超強超短脈沖激光場下分子動力學行為的含時理論研究[A];2006年全國強場激光物理會議論文集[C];2006年

8 王佳飛;蔣光南;;分子動力學在汽車空氣動力學中的應用[A];2018中國汽車工程學會汽車空氣動力學分會學術年會論文集[C];2018年

9 羅金平;路岱輝;蘇鵬;劉立軍;;周期性邊界條件下分子動力學計算中2種鏡像轉(zhuǎn)換方法的比較[A];中國力學大會-2015論文摘要集[C];2015年

10 賀年豐;劉巖;張雄;;分子動力學-光滑分子動力學自適應耦合方法[A];中國力學大會-2015論文摘要集[C];2015年

相關重要報紙文章 前4條

1 ;蛋白質(zhì)的分子動力學基礎[N];中國計算機報;2005年

2 ;QCDoC上研究 分子動力學[N];中國計算機報;2005年

3 李軍;國內(nèi)最大Linux集群建在天津[N];中國計算機報;2003年

4 ;從模擬肉毒桿菌開始[N];中國計算機報;2005年

相關博士學位論文 前10條

1 張國偉;基于分子動力學理論單晶納米銅典型構件的力學性能研究[D];哈爾濱工程大學;2018年

2 薛山;強場中原子分子動力學研究[D];蘭州大學;2018年

3 史鵬輝;金屬β-內(nèi)酰胺酶與β-內(nèi)酰胺抗生素相互作用的光譜及計算模擬研究[D];西北大學;2018年

4 張麗麗;半導體中缺陷對載流子壽命的非絕熱分子動力學研究[D];中國科學技術大學;2019年

5 朱衛(wèi)多;納米受限和電場環(huán)境對水體系結構及相變影響的分子動力學研究[D];中國科學技術大學;2018年

6 倪菲;熔融沉積成型用聚乙烯醇水溶性支撐材料制備及其性能研究[D];山東大學;2018年

7 賀年豐;基于光滑分子動力學方法的多尺度方法研究[D];清華大學;2016年

8 曹炳陽;速度滑移及其對微納尺度流動影響的分子動力學研究[D];清華大學;2005年

9 劉信力;煙堿樣乙酰膽堿受體門控機制的動力學研究[D];大連理工大學;2008年

10 徐亮;基于核酸高級結構的新功能分子的設計、合成與評價[D];中國人民解放軍軍事醫(yī)學科學院;2008年

相關碩士學位論文 前10條

1 陳潔敏;微納尺度氣體流動速度滑移的分子動力學研究[D];中國計量大學;2018年

2 柯昊;分子動力學在碳材料物化性質(zhì)研究上的應用[D];西南石油大學;2018年

3 陳甜;Ge_2Sb_2Te_5結構光學和分子動力學第一性原理的研究[D];安徽大學;2019年

4 高風雨;基于TiO_2的柔性阻變存儲器的性能研究[D];安徽大學;2019年

5 馬兵;離子液體電潤濕特性的分子動力學研究[D];東北電力大學;2019年

6 張淑亭;共價有機框架的第一原理計算和分子動力學研究[D];哈爾濱理工大學;2019年

7 唐義洲;銀合金在高溫下表面張力的理論計算[D];重慶理工大學;2019年

8 張廣輝;金剛石納米拋光碳化硅的分子動力學數(shù)值模擬研究[D];天津理工大學;2019年

9 郭曉娜;顯式溶劑模型下加速分子動力學對蛋白質(zhì)折疊的研究[D];山東師范大學;2019年

10 崔瑞瑞;基于分子動力學的鎳基合金切削機理研究[D];長春工業(yè)大學;2019年

本文編號：2780562