微型設(shè)備內(nèi)部通常具有很高的表體積比,流動區(qū)域可以覆蓋連續(xù)流域、滑流流域甚至過渡流域,捕捉微流動中的多尺度流域流動特性是一大難題。目前大部分模擬算法僅在特定流域內(nèi)經(jīng)濟有效,無法在精度與效率方面同時滿足微流動工程實際需求。為有效解決微尺度流動中捕捉多尺度流域流動特性這一難題,本文在離散統(tǒng)一氣體動理論格式（DUGKS）基礎(chǔ)上,進一步建立了含力項DUGKS與雙分布DUGKS兩大模型,進行了模型驗證,開展了等溫微通道流動特性、微噴管流動特性及推進性能的研究。針對等溫低速微流動,本文建立了含力項等溫DUGKS模型,分析了等溫微通道流動。模擬了壓力驅(qū)動的長微通道流,模擬結(jié)果與DSMC結(jié)果及實驗值吻合較好,驗證了編制程序的正確性。進而模擬了全流域下恒外力驅(qū)動的微通道流動,研究結(jié)果表明,隨著克努森數(shù)（Kn數(shù)）升高,氣體稀薄效應(yīng)增強,滑移速度逐漸增大,并且質(zhì)量流率出現(xiàn)了拐點。模擬結(jié)果與參考解基本吻合,驗證了模型的正確性,同時也表明了模型能夠勝任全流域的模擬。針對變溫高速微流動,在等溫DUGKS模型基礎(chǔ)上,本文進一步建立了含總能分布函數(shù)的雙分布DUGKS模型,研究了微噴管的流動特性及推進性能。分析了背壓及器... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

微流動在MEMS中的應(yīng)用

對 MAV 的深入研究有重要的指導意義。2006年NASA首次將3顆微型衛(wèi)星送至太空，開展對地球磁場的研究工作，值得一提的是其SMSRA項目，宣告2030年前后將有一群微型探測器沖入木星進行探測，如圖1-2 a)所示。微型發(fā)動機是微型探測器的心臟，其工質(zhì)的流動、傳熱、能量轉(zhuǎn)化過程比常規(guī)發(fā)動機更為復雜，流動機理有待進一步深入；近期紀國圣等基于變口徑拉瓦爾噴管設(shè)計了一種新型微型火箭發(fā)動機，使燃氣從亞聲速加速至超聲速，有效增大了流速與推力[2]。MAV中另一研究熱點是微型撲翼，圖1-2 b)所示為一仿真蝶形撲翼。目前未有成形的撲翼空氣動力學理論，但隨著CFD的發(fā)展，眾多學者相繼展開了單撲翼型、串撲翼型等相對深厚繁雜的理論及數(shù)值計算模擬研究；Minami采用IB-LBM方法，發(fā)現(xiàn)撲翼的前行方向由前后翼的相位角決定，并結(jié)合PID控制實現(xiàn)撲翼的穩(wěn)定飛行

此時微小尺度研究對象僅局限于簡單的圓管和圓球；同時，由于理論基于 N-S 方程，只能進行簡單的流動分析。圖1-3 離子蝕刻下的微噴管[9]20 世紀末，為滿足 MEMS 加工技術(shù)的需求，進而開展了幾何形狀更為復雜的微尺度流動研究，如微槽道、微泵、微噴管、微閥門等。Bowers 基于兩相對流沸騰技術(shù)設(shè)計的微通道散熱器，在低壓力、低質(zhì)量流率下，熱通量便可高達2200 w/cm ，而常規(guī)尺度下需要在大氣壓下才能實現(xiàn)較高的熱通量[8]。Bayt 在研究喉徑小于20μm 的噴管時，其結(jié)構(gòu)如圖1-3。由于面體比增大，微噴管內(nèi)出現(xiàn)跨流域流動


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