收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

微尺度气体流动与传热的直接Monte Carlo方法模拟

祁志国  
【摘要】: 微尺度气体流动和换热机理的研究是微机电系统(MEMS)和纳机电系统(NEMS)发展中的重要一步。在微尺度条件下,由于特征尺度减小,导致Knudsen数较大,连续性假设不准确。从而基于连续性假设的传统方法不再适用,气体的流动问题须从分子运动的角度加以求解。直接模拟Monte Carlo方法(DSMC)是应用广泛的基于分子运动的统计数值模拟方法。 本文在理论分析的基础上,开发DSMC模拟计算代码,并采用此代码对微尺度下单组份气体、两种气体混合流动和换热等问题进行了模拟分析,并从分子运动的观点讨论其物理机理。以下是主要工作内容: 第一,为了对微尺度气体的流动和传热进行研究,开发了DSMC方法的数值求解代码(C++),并且为代码编写了图形用户界面(GUI),与Bird给出的标准程序相对比,计算结果一致,证明了程序的可靠性。由于C++作为一种面向对象的高级计算机语言,具有强大的生命力,易于扩展,具有良好的继承性和安全性。 第二,对微尺度下气体流动和常规尺度下的稀薄气体流动问题进行分析。为了保证DSMC方法应用于微尺度研究中的有效性,讨论了流动的相似性条件。当应用稀薄气体动力学于微尺度流动中的研究中时,除了要保证三个无量纲参数(Re,Ma,Kn)至少两个相等之外,还应当满足稀疏气体的有效性(δ>>d)。除此之外在DSMC的计算中,还必须考虑网格划分、网格内分子数等等条件,以减少模拟计算的误差。 第三,应用自行开发的DSMC程序对微槽道流动、方腔流动进行了数值模拟,讨论和分析了其基本流动问题。在此基础上对两种气体混合流动现象进行研究。对结果的分析中发现气体的进入速度对两种气体的混合距离影响明显,并且对完全混合后的单种气体所占比例影响很大。 第四,为了求解低速和混合尺度下的气体流动问题,改进了离散速度模型,这一模型不同于已有的离散气体模型。将这种模型与数值模拟和理论分析结果的对比表明,离散模型不仅能够模拟低速流动问题,而且还能够模拟Knudsen数从滑移领域到过渡领域内的气体流动,并且计算速度快。 第五,为了研究采用DSMC方法求解近连续流动的低速流动问题,提出EPSM/IP耦合方法,为今后发展连/分子情况下低速的混合领域流动进行了有意义的尝试。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 朱启荣;倪凡;杨国标;罗烈;;视频显微镜应用于形状记忆合金材料力学特性研究[J];现代科学仪器;2010年01期
2 伍亨,钟北京;空间反应和入口速度对甲烷催化反应的影响[J];清华大学学报(自然科学版);2005年05期
3 姜培学,王补宣,任泽 ;微尺度换热器的研究及相关问题的探讨[J];工程热物理学报;1996年03期
4 王玮,李志信,过增元;粗糙表面对微尺度流动影响的数值分析[J];工程热物理学报;2003年01期
5 唐大伟,荒木信幸;应用脉冲加热/探测扫描技术进行表面下微尺度热结构探测过程的仿真[J];工程热物理学报;2004年S1期
6 马虎根,胡自成,罗行,李美玲;微尺度通道内混合物流动沸腾特性研究[J];机械工程学报;2005年01期
7 徐涛;杨泽亮;甘云华;;液体乙醇微尺度层流扩散燃烧的数值模拟[J];华南理工大学学报(自然科学版);2011年03期
8 甘云华;陈邵有;杨泽亮;赵剑剑;;液体乙醇微尺度扩散火焰高度的影响因素研究[J];工程热物理学报;2010年11期
9 潘剑锋;吴庆瑞;薛宏;万彦辉;周俊;;微平板式燃烧室内催化燃烧的试验研究[J];工程热物理学报;2011年08期
10 钟北京,伍亨;甲烷/空气预混气体在微通道中催化转化的数值模拟[J];燃烧科学与技术;2005年01期
11 陈俊杰;王谦;;微尺度催化燃烧的研究进展[J];应用化工;2008年11期
12 高志强;对混凝动力学中涡旋微尺度物理意义的探讨[J];中国给水排水;1986年04期
13 徐红玉,张元冲,宋亚勤,卢秉恒,陈殿云;脉冲激光加热薄膜微尺度热传递研究进展[J];物理学进展;2004年02期
14 黄显峰,赵黛青,张春林,山下博史;微尺度扩散火焰特性的数值解析[J];工程热物理学报;2005年05期
15 邓建兵;何小瓦;徐辉;沈江立;;低维材料热导率测试方法的研究进展[J];宇航材料工艺;2008年03期
16 程宁;谢代梁;;微尺度射流流量计的设计与仿真研究[J];传感器与微系统;2011年08期
17 罗晓惠,姜明健;微尺度槽道内流动与换热研究的实验测试系统[J];北京联合大学学报;1997年03期
18 王补宣;面临新世纪机遇的工程热物理[J];世界科技研究与发展;1998年05期
19 凌智勇,丁建宁,杨继昌,范真,李长生;微流动的研究现状及影响因素[J];江苏大学学报(自然科学版);2002年06期
20 黄强,朱新坚,曹广益;微尺度学在微型燃料电池数学模型中的应用[J];系统仿真学报;2005年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王琳;;输液管道动力学特性的简易控制和微尺度效应[A];第四届全国动力学与控制青年学者研讨会论文摘要集[C];2010年
2 骆广生;陈桂光;徐建鸿;汪家鼎;;微尺度混合—颗粒材料制备的新技术[A];2003年中国纳微粉体制备与技术应用研讨会论文集[C];2003年
3 李喜德;;微小尺度结构和器件的全场检测技术和方法[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
4 王自强;;微尺度塑性理论和应用[A];2010年海峡两岸材料破坏/断裂学术会议暨第十届破坏科学研讨会/第八届全国MTS材料试验学术会议论文集[C];2010年
5 沈韫芬;冯伟松;余育和;范晓鹏;;微尺度群落级毒性试验新的探索——种类损伤法(Taxonomic Loss)[A];中国原生动物学学会第十一次学术讨论会论文摘要汇编[C];2001年
6 张福元;张杰;王岩峰;行飞;;海面局部图像微尺度波谱计算方法[A];第十四届全国遥感技术学术交流会论文摘要集[C];2003年
7 周毓荃;孙照渤;胡志晋;;TRMM卫星对层状云中微尺度结构和人工增雨可播条件的观测分析研究[A];推进气象科技创新加快气象事业发展——中国气象学会2004年年会论文集(下册)[C];2004年
8 杨燕;李喜德;;基于光学探针平台的微尺度检测技术和方法研究[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(上)[C];2005年
9 亢一澜;仇巍;雷振坤;;微拉曼光谱技术在微尺度实验力学研究中的应用[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(上)[C];2007年
10 郭照立;;微尺度二元气体流动的格子Boltzmann模型[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李小斌;粘弹性流体微尺度流动特性研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
2 陈钢;微加热器表面微尺度沸腾特性及基于Gibbs自由能的成核热力学分析[D];上海交通大学;2011年
3 汪洋;微尺度环境下预混火焰稳燃方法的研究[D];浙江大学;2010年
4 徐洁;微尺度器件及旋转干气密封微间隙内流体流动问题的研究[D];上海交通大学;2007年
5 宋天一;蒸气冷凝过程微尺度特性的实验和理论研究[D];大连理工大学;2010年
6 董云开;微尺度形貌修饰硅表面的摩擦特性研究[D];清华大学;2007年
7 余晓美;非线性对流扩散系统和微尺度流动的介观数值模型[D];华中科技大学;2012年
8 李洋;微尺度下非线性流动特征及降低流动阻力的研究[D];中国科学院研究生院(渗流流体力学研究所);2010年
9 杨闯;微熔模精铸过程微尺度成形及充型流动规律研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 朱恂;速度滑移及温度跳跃区微尺度通道内的流动与换热[D];重庆大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘志成;基于外加电场液体乙醇微尺度燃烧特性的研究[D];华南理工大学;2011年
2 罗骏;MicroPIV流场测试技术的研究[D];武汉理工大学;2004年
3 徐振华;微尺度下水的温度场测量实验研究[D];华东理工大学;2011年
4 曲超;微尺度下液体流动减阻的实验研究[D];浙江师范大学;2012年
5 侯永发;微尺度流动与传热特性分析及层板发汗单元温度场的计算[D];国防科学技术大学;2011年
6 翟辉;微尺度热质输运问题的理论研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
7 成广庆;微尺度多层膜力学响应的有限元分析[D];天津大学;2004年
8 张云芳;微尺度受热表面自然对流传热数值模拟[D];华北电力大学;2012年
9 伍亨;甲烷在微燃烧器内催化燃烧的数值模拟[D];清华大学;2004年
10 李微;受限空间中液体乙醇微尺度扩散火焰的实验研究[D];华南理工大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 陈敬农 通讯员 胡胜友;中科大打造微尺度物质科学实验室[N];科技日报;2004年
2 ;合肥微尺度物质科学国家实验室将成立[N];中国高新技术产业导报;2004年
3 ;微尺度大气运动中的气溶胶物理[N];光明日报;2000年
4 记者 陈敬农;中科大探索国家实验室建设新途径[N];科技日报;2007年
5 记者 杜华斌;液晶聚合体可用作微机械加工材料[N];科技日报;2006年
6 记者  李陈续;我专家发现硫化铜14面体微晶[N];光明日报;2006年
7 记者  陈敬农 光明日报记者 李陈续;我科学家合成硫化铜14面体微晶[N];科技日报;2006年
8 ;散热技术继续革命 固态风扇诞生[N];中国电脑教育报;2008年
9 郑千里;侯建国———巧为分子“做手术”[N];人民日报;2005年
10 本报记者 陈敬农;学科大交叉:探索微观世界之秘[N];科技日报;2006年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978