FHP模型的动固壁边界和分子泵的粗化模型
发布时间：2020-12-10 14:57
本文利用LGCA的FHP模型研究基于动力棘齿机理的分子泵内流体的输运。在生物医学工程中,分子泵的研究是当今的一个热点问题,由于它涉及MEMS中的微流动,对它进行深入研究不但具有重要的理论意义,也具有潜在的应用背景。本文提出的分子泵的机理,核心是一种宽度可以作周期性运动的槽道所连接的两侧容器。由于槽道壁的运动方式是非对称的,该泵的机理属于“动力棘齿”模型。使用格子气元胞自动机（Lattice Gas Cellular Automata,简称LGCA）的FHP-III模型来模拟包括槽道壁的润湿性、槽道壁的运动频率、槽道的宽度和长度等参数对泵效率的影响。由于LGCA模型不基于连续假设,因此它适用于小尺度系统的研究。不仅如此,对于形状复杂的或者具有不同滑移程度的固壁边界,LGCA模型处理起来都比较容易。我们发现LGCA中已有的移动固壁边界处理方法存在一定缺陷。比如,平行平板间的起动Couette流,在邻近移动边界的区域出现了与精确解不符的情况。为了解决以上问题,我们提出了一种新的处理方法。研究结果表明,该新方法适合研究运动固壁边界的非定常流动。为了反映固壁边界的不同滑移程度,我们提出了一种新的...
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 课题背景
1.1.1 面向小型化的化学、生物学和医学
1.1.2 进一步缩小
1.1.3 格子气元胞自动机
1.2 研究内容
第2章 格子气元胞自动机
2.1 FHP 模型的发展历史和基础知识
2.1.1 元胞自动机的发展历史
2.1.2 元胞自动机的两个例子
2.1.2.1 铁磁材料
2.1.2.2 颗粒材料
2.1.3 HPP 格子气自动机的基本知识
2.1.4 FHP 格子气元胞自动机
2.1.4.1 FHP-I
2.1.4.2 FHP-II
2.1.4.3 FHP-III
2.1.4.4 固体边界的处理方法
2.1.4.5 统计平均和伪不变量
2.2 FHP 模型的宏观方程
2.2.1 微动力学
2.2.2 从微动力学到宏观动力学
2.2.3 多尺度分析和Chapmann-Enskog 展开
2.2.4 质量与动量的不变性
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 模型的固壁边界条件
3.1 移动边界的处理方法―Couette 流
3.1.1 已存在的处理方式
3.1.1.1 “Lim”方法的简介
3.1.1.2 起动Couette 流的解析解
3.1.1.3 模拟结果
3.1.2 “俘获”方法
3.1.2.1 具体操作
3.1.2.2 模拟结果
3.2 不同滑移程度的边界条件
3.3 固壁边界特殊运动的处理方法
第4章 微米、纳米流体力学和棘齿机理
4.1 微米和纳米流体力学
4.1.1 微米尺上的操作
4.1.2 固壁边界上的滑移现象
4.1.3 纳米流体力学
4.1.3.1 主要现象的介绍
4.1.3.2 分析和模拟纳米流体力学的其他模型
4.2 Brownian 粒子和棘齿机理
4.2.1 棘齿机理的介绍
4.2.2 动力机齿机理
第5章 分子泵的粗化模型
5.1 动力棘齿机理
5.1.1 动力棘齿的简介
5.1.2 FHP-III 模型
5.2 无滑移边界条件
5.2.1 泵效应
5.2.2 泵的效率测量
5.2.3 计算区域和统计平均
5.2.4 粒子的密度与槽道壁的运动频率
5.2.5 槽道的尺寸
5.3 滑移边界条件
5.4 本章小结
第6章 结论
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：2908897
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 课题背景
1.1.1 面向小型化的化学、生物学和医学
1.1.2 进一步缩小
1.1.3 格子气元胞自动机
1.2 研究内容
第2章 格子气元胞自动机
2.1 FHP 模型的发展历史和基础知识
2.1.1 元胞自动机的发展历史
2.1.2 元胞自动机的两个例子
2.1.2.1 铁磁材料
2.1.2.2 颗粒材料
2.1.3 HPP 格子气自动机的基本知识
2.1.4 FHP 格子气元胞自动机
2.1.4.1 FHP-I
2.1.4.2 FHP-II
2.1.4.3 FHP-III
2.1.4.4 固体边界的处理方法
2.1.4.5 统计平均和伪不变量
2.2 FHP 模型的宏观方程
2.2.1 微动力学
2.2.2 从微动力学到宏观动力学
2.2.3 多尺度分析和Chapmann-Enskog 展开
2.2.4 质量与动量的不变性
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 模型的固壁边界条件
3.1 移动边界的处理方法―Couette 流
3.1.1 已存在的处理方式
3.1.1.1 “Lim”方法的简介
3.1.1.2 起动Couette 流的解析解
3.1.1.3 模拟结果
3.1.2 “俘获”方法
3.1.2.1 具体操作
3.1.2.2 模拟结果
3.2 不同滑移程度的边界条件
3.3 固壁边界特殊运动的处理方法
第4章 微米、纳米流体力学和棘齿机理
4.1 微米和纳米流体力学
4.1.1 微米尺上的操作
4.1.2 固壁边界上的滑移现象
4.1.3 纳米流体力学
4.1.3.1 主要现象的介绍
4.1.3.2 分析和模拟纳米流体力学的其他模型
4.2 Brownian 粒子和棘齿机理
4.2.1 棘齿机理的介绍
4.2.2 动力机齿机理
第5章 分子泵的粗化模型
5.1 动力棘齿机理
5.1.1 动力棘齿的简介
5.1.2 FHP-III 模型
5.2 无滑移边界条件
5.2.1 泵效应
5.2.2 泵的效率测量
5.2.3 计算区域和统计平均
5.2.4 粒子的密度与槽道壁的运动频率
5.2.5 槽道的尺寸
5.3 滑移边界条件
5.4 本章小结
第6章 结论
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：2908897
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jixiegongcheng/2908897.html
