非均勻溫度場驅(qū)動的非平衡氣體流動是一類在稀薄或者微尺度條件下的特有現(xiàn)象。因為產(chǎn)生這類流動不需要維持外力或者壓力差,也不需要運動部件,因此在諸多工程領(lǐng)域（尤其是微電子機械系統(tǒng)）中有其獨特優(yōu)勢。使用數(shù)值方法研究這類熱驅(qū)流動及其產(chǎn)生作用力的機制可以為更好地為利用這類流動的工程應(yīng)用提供理論指導(dǎo)意義。隨著計算機性能的持續(xù)提高（尤其是內(nèi)存空間的增長）,近年來基于直接離散求解氣體動理學(xué)方程的數(shù)值方法開始被廣泛應(yīng)用于低速非平衡流動的數(shù)值模擬,其中離散統(tǒng)一氣體動理學(xué)格式（Discrete Unified Gas Kinetic Scheme,DUGKS）是一種可以高效模擬全流域（整個努森數(shù)范圍）氣體流動的新方法。然而DUGKS還缺乏針對不同類型非平衡流動的系統(tǒng)性驗證,另外DUGKS在模擬低Kn數(shù)流動時的優(yōu)勢相比非標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格LBM方法有待詳細(xì)分析。另外,作為一種有限體積方法,DUGKS的網(wǎng)格靈活性可以在非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上充分體現(xiàn)�；谏鲜霰尘�,本文工作發(fā)展了非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格DUGKS,研究了DUGKS在模擬低Kn數(shù)流動時的特性,并應(yīng)用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格DUGKS在整個Kn數(shù)范圍內(nèi)研究了幾類典型的熱驅(qū)流動（包括熱蠕流動和radi... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：159 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

不同類型的熱驅(qū)流動和由其產(chǎn)生的作用力示意圖

為了更好地指導(dǎo)設(shè)計 MEMS 器件設(shè)計以及解釋自然界或者實驗室條件下的熱驅(qū)非平衡氣體流動（如圖1-2），有必要從理論角度或者使用數(shù)值方法研究解釋各種熱驅(qū)流動機理。MEMS 系統(tǒng)中氣體流動的特征尺寸如管道截面大小、縫隙寬度、或者運動部件截面尺寸通常小至微米甚至亞微米量級，開始接近甚至小于在大氣壓力條件下的氣體分子平均自由程 ( nm)。因而分子之間的碰撞相比分子與固壁之間的碰3

(c) (d)圖 2-17 不同時刻沿著計算區(qū)域水平中心線上的溫度 (a)、水平速度分量 (b)、壓力 (c) 和 Ma數(shù) (d) 的分布。力相對變化并不大，所以網(wǎng)格布置較為稀疏。而管道中由于兩側(cè)壓力比較高，因此在膨脹過程早期流場變化也較為劇烈，所以布置的網(wǎng)格也較密。管道及方腔 A 中的最小網(wǎng)格單元尺寸遠大于高壓腔內(nèi)氣體分子的平均自由程。在連續(xù)流區(qū)域仍然使用如此稀疏的網(wǎng)格的正確性是由 DUGKS 的漸近保持性質(zhì)所保證的，比如文獻[75,76]�？紤]到方腔 中氣體處于高度非平衡狀態(tài)，我們在整個計算區(qū)域使用 個在區(qū)間w w w w均勻速度網(wǎng)格點并使用 Newton-Cotes積分公式計算速度矩。離散速度網(wǎng)格的范圍比之前的頂蓋驅(qū)動方腔流設(shè)得更大是考慮到在膨脹早期管道內(nèi)會出現(xiàn)超音速流動。我們先定義流場變化特征時間為c w，然后分析在演化時刻c


本文編號：3060203