基于ANSYS软件的微通道内气体流动数值模拟分析

发布时间：2017-08-20 01:06

  本文关键词：基于ANSYS软件的微通道内气体流动数值模拟分析

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【摘要】：微机电系统(MEMS)是20世纪末兴起,并在21世纪初开始快速发展的高科技前沿领域。微通道是组成微机电系统的一个非常重要的组件,它是联结MEMS中各元件的纽带。随着微机电系统的研究和开发,微器件及其微通道特征尺寸的进一步变小,经典的宏观流体力学模型不再适用于微通道内气体流动的分析,于是出现了气体微流动研究领域。微通道内气体流动与宏观流动相比有其独特性,分析和探讨其流动规律对于微机电系统的应用有很重要的意义。对于气体微流动的研究是推动MEMS技术进一步发展的一个关键因素。 本文基于著名的流体分析软件ANSYS Fluent,在微流动理论基础上,建立微通道内气体流动模型,对于微通道内气体在不同压力驱动下和剪切驱动下的流动做数值模拟分析,得出不同Knudsen数的通道出口截面速度分布图和质量流量,并且将仿真结果和理论研究进行比较,分析微通道内气体流动特性与宏观流动的异同,研究稀薄气体效应。 模拟结果验证了在微通道中,气体的流动特性与宏观流动具有很大的变化。在宏观尺度下适用的经典流体力学的根基——连续介质假设失效,在微观流体中需要重新修正。 模拟结果还表明,当特征尺寸进一步减小时,出现明显的稀薄气体效应,固壁边界的滑移速度和质量流率变大,但通道大小并非唯一的影响因素。当微系统特征尺度很小或者工作压力很小时,微通道内的气体具有较大的Knudsen数；并且,Knudsen数越大,稀薄气体效应越强烈。
【关键词】：微通道 稀薄气体效应 边界滑移 ANSYS Fluent 泊肃叶流 库爱特流
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH-39;TK12
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 研究背景11-14
• 1.1.1 微机电系统概述11-12
• 1.1.2 微流动系统的应用12-14
• 1.2 气体微流动研究14-16
• 1.2.1 稀薄气体效应14-16
• 1.2.2 影响气体微流动的主要因素16
• 1.3 微流动研究方法及现状16-19
• 1.3.1 微流动研究方法16-18
• 1.3.2 微流动研究的现状18-19
• 1.4 本章小结19-21
• 第二章 微流动理论21-33
• 2.1 流体动力学基本方程21-23
• 2.2 滑移边界条件23-25
• 2.3 泊肃叶流动理论25-29
• 2.4 库爱特流动理论29-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 压力驱动流数值模拟研究33-46
• 3.1 模型的建立33-34
• 3.2 条件设定34-40
• 3.3 模拟结果40-44
• 3.4 结论44-46
• 第四章 剪切驱动流数值模拟研究46-57
• 4.1 模型的建立46
• 4.2 条件设定46-51
• 4.3 模拟结果51-56
• 4.4 结论56-57
• 第五章 结论与展望57-59
• 5.1 主要结论57
• 5.2 研究展望57-59
• 参考文献59-63
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文63-65
• 致谢65

【参考文献】

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本文编号：703841