基于耦合DUGKS的微尺度流动及传热研究

发布时间：2020-10-19 12:50

　　 微尺度气体流动及传热换热机理是微机电系统(MEMS)研究中十分重要的研究对象。在微尺度前提下,特征尺寸减小从而导致局部努森数升高,气体不再严格满足连续性假设,基于连续性假设的传统方法已然失效,大部分模拟算法只在某些特定流域适用,无法进行跨流域计算。同时,气体在微尺度输运及传热过程中,通常会出现一些反常现象,如扩散滑移效应、热蠕动现象以及非连续性温度效应等。近年来发展起来的介观方法-离散统一气体动理论(DUGKS)是一种多尺度的模拟算法,能够进行全流域的模拟,适合用于跨尺度问题研究。本文在原始DUGKS的基础上提出了双分布模型,建立了耦合DUGKS,对比验证了双分布模型的守正性,有效避免了速度分布函数为负值的缺陷。针对微通道流动问题,研究了等温与非等温通道切边驱动流的宏观量差异,并探讨了全流域下无受力和受力微通道的流场特性,模拟结果与线性Boltzmann结果、DSMC及实验结果等吻合良好,表明了耦合DUGKS具有模拟全流域流动的能力。针对微尺度传热问题,本文重点研究了微尺度存在的反常物理现象-热蠕动现象,探索了在不同流域内热蠕动现象的形成及流动特性,分析了微通道尺寸、左右温差和内部压力场对蠕动形成的影响。非连续性温度诱导流动研究表明,不同的努森数对方腔流动漩涡的形成有着较大影响,较大的努森数会使漩涡逐渐在边角形成,在努森数固定的情况下,温差比越大,边界层的速度和温度滑移效应越明显,但是对流动漩涡的形成影响不大。研究结果表明,耦合DUGKS在整个流域上具有较高的精度,具备模拟跨流域多尺度问题的能力,适用于进行微尺度研究,可在计算效率和精度上同时满足工程需求。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O551.3
【部分图文】：

图 1-1 微型马达的简图体微流动而言，衡量其稀薄程度的重要的参数就是克number，简写 Kn）。其定义公式为 Kn = λ/ L，其中 λ 为平 为特征长度。当 Kn 数增大时，稀薄效应开始变得显著，设的流动和传热模型已然失效，不能用于预测压力降、剪切

耦合DUGKS算法流程图

微通道平板Couette示意图
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本文编号：2847220