本文利用LGCA的FHP模型研究基于動力棘齒機理的分子泵內(nèi)流體的輸運。在生物醫(yī)學(xué)工程中,分子泵的研究是當(dāng)今的一個熱點問題,由于它涉及MEMS中的微流動,對它進行深入研究不但具有重要的理論意義,也具有潛在的應(yīng)用背景。本文提出的分子泵的機理,核心是一種寬度可以作周期性運動的槽道所連接的兩側(cè)容器。由于槽道壁的運動方式是非對稱的,該泵的機理屬于“動力棘齒”模型。使用格子氣元胞自動機（Lattice Gas Cellular Automata,簡稱LGCA）的FHP-III模型來模擬包括槽道壁的潤濕性、槽道壁的運動頻率、槽道的寬度和長度等參數(shù)對泵效率的影響。由于LGCA模型不基于連續(xù)假設(shè),因此它適用于小尺度系統(tǒng)的研究。不僅如此,對于形狀復(fù)雜的或者具有不同滑移程度的固壁邊界,LGCA模型處理起來都比較容易。我們發(fā)現(xiàn)LGCA中已有的移動固壁邊界處理方法存在一定缺陷。比如,平行平板間的起動Couette流,在鄰近移動邊界的區(qū)域出現(xiàn)了與精確解不符的情況。為了解決以上問題,我們提出了一種新的處理方法。研究結(jié)果表明,該新方法適合研究運動固壁邊界的非定常流動。為了反映固壁邊界的不同滑移程度,我們提出了一種新的... 

【文章來源】：清華大學(xué)北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 課題背景
        1.1.1 面向小型化的化學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)
        1.1.2 進一步縮小
        1.1.3 格子氣元胞自動機
    1.2 研究內(nèi)容
第2章 格子氣元胞自動機
    2.1 FHP 模型的發(fā)展歷史和基礎(chǔ)知識
        2.1.1 元胞自動機的發(fā)展歷史
        2.1.2 元胞自動機的兩個例子
            2.1.2.1 鐵磁材料
            2.1.2.2 顆粒材料
        2.1.3 HPP 格子氣自動機的基本知識
        2.1.4 FHP 格子氣元胞自動機
            2.1.4.1 FHP-I
            2.1.4.2 FHP-II
            2.1.4.3 FHP-III
            2.1.4.4 固體邊界的處理方法
            2.1.4.5 統(tǒng)計平均和偽不變量
    2.2 FHP 模型的宏觀方程
        2.2.1 微動力學(xué)
        2.2.2 從微動力學(xué)到宏觀動力學(xué)
        2.2.3 多尺度分析和Chapmann-Enskog 展開
        2.2.4 質(zhì)量與動量的不變性
        2.2.5 Boltzmann 方程
        2.2.6 局部平衡解:Fermi-Dirac 分布
        2.2.7 Euler 方程
        2.2.8 Navier-Stokes 方程
        2.2.9 FHP-II 和FHP-III
第3章 FHP-III 模型的固壁邊界條件
    3.1 移動邊界的處理方法―Couette 流
        3.1.1 已存在的處理方式
            3.1.1.1 “Lim”方法的簡介
            3.1.1.2 起動Couette 流的解析解
            3.1.1.3 模擬結(jié)果
        3.1.2 “俘獲”方法
            3.1.2.1 具體操作
            3.1.2.2 模擬結(jié)果
    3.2 不同滑移程度的邊界條件
    3.3 固壁邊界特殊運動的處理方法
第4章 微米、納米流體力學(xué)和棘齒機理
    4.1 微米和納米流體力學(xué)
        4.1.1 微米尺上的操作
        4.1.2 固壁邊界上的滑移現(xiàn)象
        4.1.3 納米流體力學(xué)
            4.1.3.1 主要現(xiàn)象的介紹
            4.1.3.2 分析和模擬納米流體力學(xué)的其他模型
    4.2 Brownian 粒子和棘齒機理
        4.2.1 棘齒機理的介紹
        4.2.2 動力機齒機理
第5章 分子泵的粗化模型
    5.1 動力棘齒機理
        5.1.1 動力棘齒的簡介
        5.1.2 FHP-III 模型
    5.2 無滑移邊界條件
        5.2.1 泵效應(yīng)
        5.2.2 泵的效率測量
        5.2.3 計算區(qū)域和統(tǒng)計平均
        5.2.4 粒子的密度與槽道壁的運動頻率
        5.2.5 槽道的尺寸
    5.3 滑移邊界條件
    5.4 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論
參考文獻
致謝
個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果



本文編號：2908897