本文關(guān)鍵詞：隨機粗糙表面效應(yīng)下微流體器件中的流動特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來，微機電系統(tǒng)（MEMS）器件的應(yīng)用越來越廣泛，，而微流體器件，如微通道、微噴管等，是非常重要的一類MEMS器件，吸引了眾多研究人員的關(guān)注。 微流體器件的特征尺寸一般大于1μm而小于1mm，在其中工作的流體稱為微流體。由于尺度效應(yīng)，微流體與宏觀流體的性質(zhì)有很多不同，比如流體在邊界處的速度滑移。隨著尺寸的減小，在宏觀流體中一般可以忽略的表面粗糙度對微流體的影響越來越顯著。本文主要針對這兩種因素，展開對微流體流動特性的研究。 本文采用求解考慮速度滑移邊界的Navier-Stokes方程的辦法，研究了不同微流體器件中氣體在速度滑移和隨機表面粗糙度耦合作用下的流動特性。其中，利用二階速度滑移邊界條件描述氣體的邊界滑移特性，利用分形幾何學(xué)建立隨機粗糙表面。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下： 1)結(jié)合計算流體動力學(xué)(Computational Fluid Dynamics，CFD)中的經(jīng)典算法，開發(fā)了適用于隨機粗糙表面的邊界滑移速度迭代算法。 2)研究了由分形幾何表征的隨機粗糙矩形微通道內(nèi)的氣體流動特性，結(jié)果表明，采用二階速度滑移邊界條件得到的仿真結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)符合得很好；表面粗糙度影響氣-固界面處的速度滑移，粗糙度越大，一階和二階滑移系數(shù)都越�。痪匦挝⑼ǖ纼�(nèi)的壓強、速度分布以及阻力特性都受到隨機表面粗糙度的顯著影響。 3)基于分形理論建立了隨機粗糙微噴管，并研究了隨機粗糙度對噴管內(nèi)亞聲速流、超聲速流的影響，并分析了隨機粗糙度引起的推力損失和推力偏移。結(jié)果表明，隨機粗糙度對亞聲速流的影響較小，而對超聲速流的影響顯著；隨著粗糙度的增大，推力損失和推力偏移也增大，噴管性能降低。 4)提出了采用二維Weierstrass-Mandelbrot函數(shù)建立三維隨機粗糙圓形微噴管的方法，并研究了表面的三維粗糙度單元對圓形微噴管表面的速度滑移、中心處流動參數(shù)的影響。 本文研究了隨機粗糙度對邊界滑移機理以及三種不同的微流體器件中流動特性的影響，在理論和實踐上有一定的意義。
【關(guān)鍵詞】：隨機表面粗糙度 分形 速度滑移邊界 微通道 微噴管
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH-39
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 目錄10-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 引言12
• 1.2 表面粗糙度建模研究現(xiàn)狀分析12-14
• 1.3 微流體研究現(xiàn)狀分析14-18
• 1.3.1 微流體技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀14-16
• 1.3.2 微流體的流動特性16-18
• 1.4 本文的研究目的和意義18
• 1.5 本文的主要內(nèi)容18-20
• 第二章 控制方程與粗糙表面的分形表征20-34
• 2.1 流體流動的控制方程20-23
• 2.1.1 質(zhì)量守恒方程20-21
• 2.1.2 動量守恒方程21-22
• 2.1.3 能量守恒方程22-23
• 2.2 流體在邊界處的滑移23-26
• 2.2.1 流體稀薄性的表征23-25
• 2.2.2 速度滑移的機理與控制方程25-26
• 2.3 表面粗糙度的分形表征26-28
• 2.3.1 分形幾何概述26-27
• 2.3.2 分形維數(shù)的數(shù)學(xué)描述27
• 2.3.3 表面粗糙度的分形表征27-28
• 2.4 數(shù)值算法28-32
• 2.5 本章小結(jié)32-34
• 第三章 隨機粗糙微通道內(nèi)流動特性分析34-44
• 3.1 引言34
• 3.2 壓力驅(qū)動下微通道內(nèi)的流動34-36
• 3.3 計算模型36-37
• 3.4 計算結(jié)果及分析37-43
• 3.4.1 模型驗證37-38
• 3.4.2 表面粗糙度對速度滑移的影響38-39
• 3.4.3 壓強和速度的分布39-41
• 3.4.4 表面粗糙度對阻力特性的影響41-43
• 3.5 小結(jié)43-44
• 第四章 隨機粗糙度效應(yīng)對微噴流動特性和性能的影響分析44-58
• 4.1 引言44-45
• 4.2 數(shù)值計算45-47
• 4.3 流動特性分析47-56
• 4.3.1 質(zhì)量流量47-48
• 4.3.2 表面粗糙度對流動特性的影響48-51
• 4.3.3 尺度效應(yīng)51-53
• 4.3.4 粗糙度與速度滑移對流動的耦合影響53
• 4.3.5 微噴管性能分析53-56
• 4.4 小結(jié)56-58
• 第五章 三維粗糙表面分形表征及圓通道內(nèi)的流動特性分析58-80
• 5.1 引言58-60
• 5.2 隨機粗糙圓形微通道建模60-62
• 5.3 控制方程和數(shù)值計算62-63
• 5.4 計算結(jié)果及分析63-78
• 5.4.1 粗糙表面的速度滑移63-66
• 5.4.2 速度場與壓強66-74
• 5.4.3 微通道內(nèi)的流線74-75
• 5.4.4 表面粗糙度和稀薄效應(yīng)對阻力特性的影響75-78
• 5.5 小結(jié)78-80
• 第六章 總結(jié)與展望80-82
• 6.1 工作總結(jié)80
• 6.2 創(chuàng)新點80-81
• 6.3 研究展望81-82
• 參考文獻82-88
• 致謝88-90
• 攻讀學(xué)位期間的學(xué)術(shù)成果90

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

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  本文關(guān)鍵詞：隨機粗糙表面效應(yīng)下微流體器件中的流動特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：309398