隨機(jī)粗糙表面效應(yīng)下微流體器件中的流動(dòng)特性研究.pdf

1、近年來(lái),微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,而微流體器件,如微通道、微噴管等,是非常重要的一類MEMS器件,吸引了眾多研究人員的關(guān)注。
　　微流體器件的特征尺寸一般大于1μm而小于1mm,在其中工作的流體稱為微流體。由于尺度效應(yīng),微流體與宏觀流體的性質(zhì)有很多不同,比如流體在邊界處的速度滑移。隨著尺寸的減小,在宏觀流體中一般可以忽略的表面粗糙度對(duì)微流體的影響越來(lái)越顯著。本文主要針對(duì)這兩種因素,展開對(duì)微流體流動(dòng)特性的研究。

2、r>　　本文采用求解考慮速度滑移邊界的Navier-Stokes方程的辦法,研究了不同微流體器件中氣體在速度滑移和隨機(jī)表面粗糙度耦合作用下的流動(dòng)特性。其中,利用二階速度滑移邊界條件描述氣體的邊界滑移特性,利用分形幾何學(xué)建立隨機(jī)粗糙表面。本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　1)結(jié)合計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,CFD)中的經(jīng)典算法,開發(fā)了適用于隨機(jī)粗糙表面的邊界滑移速度迭代算法。
　

3、　2)研究了由分形幾何表征的隨機(jī)粗糙矩形微通道內(nèi)的氣體流動(dòng)特性,結(jié)果表明,采用二階速度滑移邊界條件得到的仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合得很好;表面粗糙度影響氣-固界面處的速度滑移,粗糙度越大,一階和二階滑移系數(shù)都越小;矩形微通道內(nèi)的壓強(qiáng)、速度分布以及阻力特性都受到隨機(jī)表面粗糙度的顯著影響。
　　3)基于分形理論建立了隨機(jī)粗糙微噴管,并研究了隨機(jī)粗糙度對(duì)噴管內(nèi)亞聲速流、超聲速流的影響,并分析了隨機(jī)粗糙度引起的推力損失和推力偏移。結(jié)果表明,隨