基于格子Boltzmann方法的T型微混合器仿真模擬.pdf

1、微機(jī)電系統(tǒng)(micro electro mechanical systems，MEMS)是指基于集成電路工藝設(shè)計(jì)制造并集電子元件與機(jī)械器件于一體的微小系統(tǒng)。微混合器作為MEMS的重要組成部件，目前已越來越受到重視，對(duì)微尺度流動(dòng)和液體混合的研究也變得越發(fā)重要。物理體系的研究方法可以分為理論研究，實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬三大類，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)得到了越來越多的重視以及更廣泛的應(yīng)用。格子Boltzmann方法(LBM)作為一種

2、全新的介觀模擬方法在近20年得到了快速的發(fā)展。LBM既可以分析不連續(xù)流場(chǎng)，又相對(duì)節(jié)約計(jì)算量的特點(diǎn)使其在模擬微流體流動(dòng)和建模方面取得了重要進(jìn)展。
　　本文基于LBM來對(duì)微混合器中流體的混合問題進(jìn)行模擬。首先介紹了LBM的基礎(chǔ)理論，對(duì)Boltzmann方程進(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo)，介紹了一些LBM的基本模型和邊界處理方法。然后，通過對(duì)流體力學(xué)中三個(gè)典型實(shí)例的仿真模擬驗(yàn)證了LBM的可行性與準(zhǔn)確性，期間引入了混合指標(biāo)σ來評(píng)價(jià)混合效果的好壞。最后將

3、LBM應(yīng)用到微混合器流體混合的模擬中，對(duì)簡(jiǎn)單T型微混合器和內(nèi)肋型微混合器進(jìn)行了數(shù)值模擬，得出了不同的影響因素對(duì)混合效果的影響曲線。其中，對(duì)于簡(jiǎn)單T型微混合器，有如下結(jié)論:入口速度越小，混合效果越好;混合通道寬度越小，混合效果越好，但混合指數(shù)的變化十分微小;碰撞系數(shù)越大，流體擴(kuò)散越快，混合效果越好;粘度系數(shù)越大，混合效果越差。對(duì)于內(nèi)肋型微混合器，有:流體的混合效果隨著入口速度的減小呈現(xiàn)先變差后邊好的趨勢(shì);碰撞系數(shù)對(duì)于高速條件下的混合幾乎沒