微尺度矩形管道中氣體滑移流的三維數(shù)值模擬.pdf

1、隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)和生物工程技術(shù)的發(fā)展，微尺度流動(dòng)和傳熱問(wèn)題受到越來(lái)越多的關(guān)注。微尺度管道流動(dòng)的研究對(duì)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、生物芯片等的應(yīng)用有重要意義。 本文基于速度向前交錯(cuò)網(wǎng)格及帶有壓力修正格式的有限體積法，計(jì)算了滑移流動(dòng)情況下，微尺度矩形管道中氣體三維流動(dòng)問(wèn)題，討論了管道中氣體流動(dòng)的速度、壓力、質(zhì)量流量、Darcy摩擦因子等動(dòng)力學(xué)量，并與無(wú)滑移流動(dòng)情況進(jìn)行了對(duì)比。前人研究表明，當(dāng)流動(dòng)處于滑移區(qū)域( )時(shí)，N-S方程

2、仍然適用，但需要考慮氣體的稀薄效應(yīng)，即采用速度滑移和溫度跳躍的邊界條件。本文以氮?dú)庾鳛檠芯繉?duì)象。數(shù)值結(jié)果表明，當(dāng)時(shí)，即處于滑移流動(dòng)情況下，管道內(nèi)氣體的流動(dòng)速度大于相同條件下無(wú)滑移流動(dòng)的速度，且管道壁面上流動(dòng)速度不再為零；管道內(nèi)壓力降較無(wú)滑移流動(dòng)情況下的壓力降平緩，這是由于壓力降是用來(lái)克服壁面摩擦的，而滑移的邊界條件導(dǎo)致較小的壁面摩擦；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，稀薄氣體效應(yīng)對(duì)微尺度矩形管道內(nèi)氣體流動(dòng)的質(zhì)量流量和Darcy摩擦因子會(huì)產(chǎn)生影響，隨著稀薄