基于ANSYS软件的微通道内气体流动数值模拟分析.pdf

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1、象辱營硕字丨艾字爪字论文题目：基于软件的微通道内气体流动数值模拟分析机械设计及理论学科专业研究方向：作者姓名：金志敏学号：孙志宏指导老师：完成曰期：年月学校代码：学号：基于软件的微通道内气体流动数值模拟分析专业名称：机械设计及理论作者姓名：金志敏导师姓名：孙志宏答辩日期：年月日东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为

2、本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：曰期：：牢月曰东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在—年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密学位论文作者签名：曰期：；丨、年月兀曰曰期：年月义日东华大学硕士学位

3、论文摘要基于软件的微通道内气体流动数值模拟分析摘要微机电系统是世纪末兴起，并在世纪初幵始快速发展的髙科技前沿领域。微通道是组成微机电系统的一个非常重要的组件，它是联结中各元件的纽带。随着微机电系统的研究和开发，微器件及其微通道特征尺寸的进一步变小，经典的宏观流体力学模型不再适用于微通道内气体流动的分析，于是出现了气体微流动研究领域。微通道内气体流动与宏观流动相比有其独特性，分析和探讨其流动规律对于微机电系统的应用有很重要的意义。对于气体微流动的研宄是推动技术进一步发展的一个关键因素。本文基于著名的流体分析软件在微流动

4、理论基础上，建立微通道内气体流动模型，对于微通道内气体在不同压力驱动下和剪切驱动下的流动做数值模拟分析，得出不同数的通道出口截面速度分布图和质量流量，并且将仿真结果和理论研宄进行比较，分析微通道内气体流动特性与宏观流动的异同，研宄稀薄气体效应。模拟结果验证了在微通道中，气体的流动特性与宏观流动具有很大的变化。在宏观尺度下适用的经典流体力学的根基一一连续介质假设失效，在微观流体中需要重新修正。东华大学硕士学位论文摘要模拟结果还表明，当特征尺寸进一步减小时，出现明显的稀薄气体效应，固壁边界的滑移速度和质量流率变大，但通道

5、大小并非唯一的影响因素。当微系统特征尺度很小或者工作压力很小时，微通道内的气体具有较大的数；并且，数越大，稀薄气体效应越强烈。关键词：微通道，稀薄气体效应，边界滑移，，泊肃叶流，库爱特流东华大，硕士卞位论文摘要东华大学硕士学位论文摘要东华大学硕士位论文珙目录第一章绪论研究背景微机电系统概述微流动系统的应用气体微流动研究稀薄气体效应影响气体微流动的主要因素微流动研究方法及现状微流动研究方法微流动研究的现状本章小结第二章微流动理论流体动力学基本方程滑移边界条件泊肃叶流动理论库爱特流动理论本章小结第三章压力驱动流数值模拟研

6、究模型的建立条件设定模拟结果第四章剪切驱动流数值模拟研究模型的建立条件设定模拟结果第五章结论与展望主要结论研究展望参考文献东华大学硕士学位论文东华大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论研究背景微机电系统概述关于微型科技的设想可追溯到五十多年前。著名物理学家理查德费依曼博士曾做过一次极富远见且具有开拓性的关于机电系统微型化的重要报告。他报告的题目是“”。⑴他天才地预见了微型机械和纳米技术的出现，这份报告开启了研究微机电系统研宄和制造的契机，展望了微尺度科学工程的美好前景。微机电系统是世纪末兴起，并在世纪初幵始快速发展的高

7、科技前沿领域。它是指可批量制作的、集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直接借口、通讯和电源等于一体的微型器件或系统。器件具有以下优点：微型化、材料性能好、规模化、集成化、低成本。近年来在航天、生物技术、国防、汽车等诸多领域都得到广泛的应用，有着美好的应用前景。器件将成为未来社会众多领域的核心器件。鉴于技术的重要经济潜力和战略性地位，美国、日本、欧洲的工业发达国家到韩国、新加坡等新兴工业国家，乃至中国台湾地区，都认识到发展对国际竞争的重要意义，把与电子信息、航天航空等并列为战略高科技对待。技术的迅

8、速屈起及其所显示的巨大潜力同样引起我国政府的高度重视，我国也积极幵展了相关研究工作。由于总体起步晚，技术基础和资金支持等问题，在研究规模、技术水平上与先进国家相比尚有较大差距。微机电系统经过几十年的发展，己成为世界瞩目的重大科技领域之一。器件也成了一个新的市场热点，这些产品的市场扩展非常迅速，大多数工业观察家预测，未来器件的销售额将呈迅速增长之