微尺度氣體流動(dòng)及傳熱換熱機(jī)理是微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)研究中十分重要的研究對(duì)象。在微尺度前提下,特征尺寸減小從而導(dǎo)致局部努森數(shù)升高,氣體不再嚴(yán)格滿足連續(xù)性假設(shè),基于連續(xù)性假設(shè)的傳統(tǒng)方法已然失效,大部分模擬算法只在某些特定流域適用,無(wú)法進(jìn)行跨流域計(jì)算。同時(shí),氣體在微尺度輸運(yùn)及傳熱過(guò)程中,通常會(huì)出現(xiàn)一些反�，F(xiàn)象,如擴(kuò)散滑移效應(yīng)、熱蠕動(dòng)現(xiàn)象以及非連續(xù)性溫度效應(yīng)等。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的介觀方法-離散統(tǒng)一氣體動(dòng)理論(DUGKS)是一種多尺度的模擬算法,能夠進(jìn)行全流域的模擬,適合用于跨尺度問(wèn)題研究。本文在原始DUGKS的基礎(chǔ)上提出了雙分布模型,建立了耦合DUGKS,對(duì)比驗(yàn)證了雙分布模型的守正性,有效避免了速度分布函數(shù)為負(fù)值的缺陷。針對(duì)微通道流動(dòng)問(wèn)題,研究了等溫與非等溫通道切邊驅(qū)動(dòng)流的宏觀量差異,并探討了全流域下無(wú)受力和受力微通道的流場(chǎng)特性,模擬結(jié)果與線性Boltzmann結(jié)果、DSMC及實(shí)驗(yàn)結(jié)果等吻合良好,表明了耦合DUGKS具有模擬全流域流動(dòng)的能力。針對(duì)微尺度傳熱問(wèn)題,本文重點(diǎn)研究了微尺度存在的反常物理現(xiàn)象-熱蠕動(dòng)現(xiàn)象,探索了在不同流域內(nèi)熱蠕動(dòng)現(xiàn)象的形成及流動(dòng)特性,分析了微通道尺寸、左右溫差和內(nèi)部壓力場(chǎng)對(duì)蠕動(dòng)形成的影響。非連續(xù)性溫度誘導(dǎo)流動(dòng)研究表明,不同的努森數(shù)對(duì)方腔流動(dòng)漩渦的形成有著較大影響,較大的努森數(shù)會(huì)使漩渦逐漸在邊角形成,在努森數(shù)固定的情況下,溫差比越大,邊界層的速度和溫度滑移效應(yīng)越明顯,但是對(duì)流動(dòng)漩渦的形成影響不大。研究結(jié)果表明,耦合DUGKS在整個(gè)流域上具有較高的精度,具備模擬跨流域多尺度問(wèn)題的能力,適用于進(jìn)行微尺度研究,可在計(jì)算效率和精度上同時(shí)滿足工程需求。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O551.3
【部分圖文】：

圖 1-1 微型馬達(dá)的簡(jiǎn)圖體微流動(dòng)而言，衡量其稀薄程度的重要的參數(shù)就是克number，簡(jiǎn)寫 Kn）。其定義公式為 Kn = λ/ L，其中 λ 為平 為特征長(zhǎng)度。當(dāng) Kn 數(shù)增大時(shí)，稀薄效應(yīng)開(kāi)始變得顯著，設(shè)的流動(dòng)和傳熱模型已然失效，不能用于預(yù)測(cè)壓力降、剪切

耦合DUGKS算法流程圖

微通道平板Couette示意圖
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本文編號(hào)：2847220