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稠密性对微尺度与稀薄气体流动相似性的影响

清华大学学报（自然科学版） 2008年第11期48卷 1997-2000页

作者：兰旭东李志信清华大学航天航空学院热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

基于Enskog稠密气体理论,通过考察密度对气体物性及流动特性的影响,分析了微气体流动与稀薄气体流动相似性成立的条件。结果显示,若微气体流动中需要考虑稠密性对气体物性和宏观流动参数的影响时,表征微气体流动和稀薄气体流动的3个量... 详细信息

基于Enskog稠密气体理论,通过考察密度对气体物性及流动特性的影响,分析了微气体流动与稀薄气体流动相似性成立的条件。结果显示,若微气体流动中需要考虑稠密性对气体物性和宏观流动参数的影响时,表征微气体流动和稀薄气体流动的3个量纲一的特征数(Kn、Re和Ma)不可能同时对应相等,两种流动不可能相似。研究了稠密性对微气体流动特性和输运系数的影响,同时,分别以基于稠密气体理论的声速相对偏差小于5%和基于热力学分析的压力相对偏差小于0.5%为限,计算得出各种气体在两种流动相似性失效时的密度值。

关键词：微气体流动稀薄气体流动相似性稠密效应

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稀薄气体流动特点及研究现状分析

河南科技大学学报（自然科学版） 2005年第1期26卷 22-26页

作者：罗建斌徐斌薛宏吴建河南科技大学车辆与动力工程学院河南洛阳471003

随着航空航天技术以及微电子机械系统(MEMS)的发展和广泛应用,稀薄气体流动的研究越来越被重视。稀薄气体流动中涉及到稀薄效应问题,在传统流体力学中可忽略的一些影响因素,比如表面力,面容比,梯度参数效应等变得重要起来。由于尺度效... 详细信息

随着航空航天技术以及微电子机械系统(MEMS)的发展和广泛应用,稀薄气体流动的研究越来越被重视。稀薄气体流动中涉及到稀薄效应问题,在传统流体力学中可忽略的一些影响因素,比如表面力,面容比,梯度参数效应等变得重要起来。由于尺度效应、表面效应等因素的影响,稀薄气体流动表现出自己的特点:流动涉及的表面积与体积之比增强、梯度参数效应,表面效应,流体极性等。针对微电子机械系统,对稀薄气体流动的研究现状进行了综述,并对其特点进行了分析。

关键词：稀薄气体流动梯度流体力学表面力极性表面效应尺度效应航空航天技术 MEMS

跨大气层飞行器姿态控制相关三维稀薄气体流动的Monte Carlo模拟

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跨大气层飞行器姿态控制相关三维稀薄气体流动的Monte Carlo模拟

三维稀薄气体流动DSMC位置元新方案混合网格算法的验证

中国空气动力学学会物理气体动力学专业委员会第十一届学术交流会会议

作者：刘宏立樊菁沈青中国科学院力学研究所高温气体动力学开放研究实验室

本文利用直接模拟Monte Carlo位置元(DSMC-PE)方案模拟了跨大气层飞行器姿态控制相关的两个典型的稀薄气体流动,真空轴对称射流冲击平板和楔形垂直相交平板稀薄气体绕流。真空轴对称射流在附近平板表面的压力、剪应力和热流分布的计算结... 详细信息

本文利用直接模拟Monte Carlo位置元(DSMC-PE)方案模拟了跨大气层飞行器姿态控制相关的两个典型的稀薄气体流动,真空轴对称射流冲击平板和楔形垂直相交平板稀薄气体绕流。真空轴对称射流在附近平板表面的压力、剪应力和热流分布的计算结果,与Legge(1991)和D(?)ring(1990)的测量数据一致;楔形垂直相交平板表面压力分布计算结果,与Allegre和Raffin(1992)实验数据的比较,也令人满意。上述计算表明,DSMC-PE是处理航天领域稀薄气流的有力工具。

关键词：稀薄气体流动位置元方案 DSMC 跨大气层飞行器姿态控制

来源： cnki会议评论

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三维稀薄气体流动DSMC位置元新方案混合网格算法的验证

2003空气动力学前沿研究研讨会

作者：刘宏立樊菁沈青中国科学院力学研究所中国科学院力学研究所中国科学院力学研究所

本文发展了直接模拟蒙特卡罗（DSMC）方法位置元新方案混合网格算法,提出了新的表面元标识方法,可以直接、准确地标识并记录物面在表面元的分布情况。本文利用嵌入了该方法的位置元通用程序模拟了高超声速圆球绕流,给出了阻力系数随稀... 详细信息

本文发展了直接模拟蒙特卡罗（DSMC）方法位置元新方案混合网格算法,提出了新的表面元标识方法,可以直接、准确地标识并记录物面在表面元的分布情况。本文利用嵌入了该方法的位置元通用程序模拟了高超声速圆球绕流,给出了阻力系数随稀薄程度的变化曲线以及不同雷诺数下沿驻点线的流场密度分布;同时模拟了羽流冲击平板问题,给出了有背景压力下平板表面的压力、剪切力和热流分布。模拟结果与实验结果符合很好,验证了该方案在模拟三维稀薄气体流动时的有效性和精确性。

关键词：位置元新方案表面元标识混合网格算法稀薄气体流动

来源： cnki会议评论

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矩形微槽道气体流动的速度分布

计算物理 2007年第2期24卷 181-186页

作者：杨学军蒋建政樊菁中国科学院力学研究所高温气体动力学重点实验室北京100080

矩形微槽道的各个流向截面可以局部近似为平面Poiseuille流动,应用信息保存(IP)方法和直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法计算了从连续介质区到自由分子流区的平面Poiseuille流动,利用其结果对Beskok-Karniadakis公式和质量流率动理论因子... 详细信息

矩形微槽道的各个流向截面可以局部近似为平面Poiseuille流动,应用信息保存(IP)方法和直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法计算了从连续介质区到自由分子流区的平面Poiseuille流动,利用其结果对Beskok-Karniadakis公式和质量流率动理论因子进行修正和重新拟合,给出在整个稀薄气体流动领域都适用的微槽道气体流动速度分布.

关键词：矩形微槽道稀薄气体流动 IP方法速度分布

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直圆管道内两种流态下气体流动的模拟计算

直圆管道内两种流态下气体流动的模拟计算

作者：温燕修东北大学

学位级别：硕士

长直圆管道内气体流动问题是真空抽气理论研究中最基本的问题,也是研究最多,理论最成熟的一部分内容。但是在一些特殊的应用场合中流动控制的细节上还存在一些问题有待于解决。本文研究了长直圆管道快速抽真空问题和分子流态下长直圆管... 详细信息

长直圆管道内气体流动问题是真空抽气理论研究中最基本的问题,也是研究最多,理论最成熟的一部分内容。但是在一些特殊的应用场合中流动控制的细节上还存在一些问题有待于解决。本文研究了长直圆管道快速抽真空问题和分子流态下长直圆管道出口处分子的分布规律问题。在研究真空搬运机械手快速响应的过程中,本文建立了真空机械手快速响应时间的数学模型,并对数学模型进行求解。在求解其中真空度响应时间的过程中发现,数学模型不能求解。为了解决这个问题本文采用了Fluent模拟的方法,但是模拟过程中发现Fluent软件没有合适的边界条件,于是本文采用了UDF编程的方法解决非稳态流动速度的边界条件问题。利用模拟结果对模型进行优化,结果表明优化后的结构能够满足工程的需要。把Fluent软件引入到真空抽气模拟过程中,这不仅可以指导实际应用还为流体计算软件在真空模拟方面的应用和软件自身算法改进提供了新思路。利用Fluent软件进行真空抽气过程的模拟,可以直观的体现抽气过程的各种参数变化,在新产品开发过程中可以部分代替实物试验,减少试验风险,降低生产成本。目前对于分子流下分子穿过直圆管道后的分布规律问题研究还不完善,本文总结前人研究的成果进一步完善了分子流态下长直圆管道出口处分子分布规律理论。本文建立了直圆管道中分子第一次飞行的数学模型并进行求解。由于数学模型不能够完全表达分子的运动规律,所以用蒙特卡洛法编程解决数学模型没有解决的问题。程序计算结果与第一次飞行分子的数学模型计算结果吻合,说明程序是正确可信的。程序对穿过长直圆管道的气体分子进行分类讨论,比较了直接穿过长直圆管道的分子和碰撞后间接穿过长直圆管道的分子对整体束流效应的贡献程度。本文还提出了“角度束流效应评价参数”概念,完善了束流效应评价参数理论。数学模型计算结果和蒙特卡洛法模拟结果表明经典的束流效应理论模型存在误差。

关键词：稀薄气体流动长直圆管道蒙特卡洛法束流效应

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气体动理学格式与多尺度流动模拟

计算力学学报 2017年第1期34卷 88-94页

作者：谭爽李诗一李启兵符松清华大学航天航空学院北京100084

介绍了气体动理学格式(GKS)的基本构造原理及其在两种典型多尺度流动模拟中的应用。GKS利用介观BGK方程的跨尺度演化解来构造网格界面上的数值通量,从而发展出能随计算网格尺度变化自动切换物理模型的多尺度方法。对湍流这种宏观多尺度... 详细信息

介绍了气体动理学格式(GKS)的基本构造原理及其在两种典型多尺度流动模拟中的应用。GKS利用介观BGK方程的跨尺度演化解来构造网格界面上的数值通量,从而发展出能随计算网格尺度变化自动切换物理模型的多尺度方法。对湍流这种宏观多尺度流动,发展了高精度GKS方法并成功用于低雷诺数湍流的直接数值模拟;为实现对高雷诺数湍流的高效精细模拟,基于拓展BGK方程和已有的RANS,LES模型建立了新型多尺度模拟框架。对跨流域稀薄流动,发展了适合大规模并行的三维统一气体动理学格式(UGKS),并建立了适合轴对称稀薄流动的UGKS。研究表明,GKS在多尺度流动高效模拟中的优异性能,具有很好的发展前景。

关键词：气体动理学格式湍流稀薄气体流动多尺度

模拟MEMS中气体流动的工具——信息保存法

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模拟MEMS中气体流动的工具——信息保存法

MEMS稀薄气体内部流动模拟中的信息保存(IP)法

2003空气动力学前沿研究研讨会

作者：沈青中国科学院力学研究所高温气体动力学开放实验室

MEMS中气体流动因特征尺度小而是稀薄气体的领域,本文首先介绍处理低速稀薄气体流动的一些方法:线化Boltzmann方程,Lattice Boltzmann方法,加滑移边界的Navier-Stoks方程,以及DSMC方法,并讨论它们模拟MEMS中过渡领域低速流动所遇到的困... 详细信息

MEMS中气体流动因特征尺度小而是稀薄气体的领域,本文首先介绍处理低速稀薄气体流动的一些方法:线化Boltzmann方程,Lattice Boltzmann方法,加滑移边界的Navier-Stoks方程,以及DSMC方法,并讨论它们模拟MEMS中过渡领域低速流动所遇到的困难。信息保存法克服了流速低使得信息噪声比小引起统计模拟的困难,已成功模拟了一些一维和二维问题。MEMS中流速低和大的长宽比的特点还引起出入口边界条件相互影响需要协调的问题,通过微槽道流动的算例,在模拟中采用守恒形式的质量守恒方程和超松弛法成功地解决了这一问题。处理有温度变化的MEMS流动问题和跨越领域的混合算法是重要的问题,本文用信息保存法也进行了有益的尝试。

关键词： MEMS 稀薄气体流动 DSMC方法信息保存法守恒格式超松弛方法线化 Boltzmann方程 Lattice Boltzmann方法加滑移边界的Navier-Stokes方程

来源： cnki会议评论

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力学进展 2006年第1期36卷 142-150页

作者：沈青中国科学院力学研究所高温气体动力学实验室北京100080

首先综述了处理低速稀薄气体流动的一些方法：线化Boltzmann方程方法、Lattice Boltzmann方法(LBM)、加滑移边界的Navier-Stokes方程、以及DSMC方法,并讨论它们在模拟MEMS中过渡领域低速流动特别是内部流动所遇到的困难,其中表明了LBM... 详细信息

首先综述了处理低速稀薄气体流动的一些方法：线化Boltzmann方程方法、Lattice Boltzmann方法(LBM)、加滑移边界的Navier-Stokes方程、以及DSMC方法,并讨论它们在模拟MEMS中过渡领域低速流动特别是内部流动所遇到的困难,其中表明了LBM现有方案不适合模拟过渡领域中的MEMS流动问题。信息保存(IP)法通过保存一个模拟分子所代表的大量分子的平均信息,克服了流速低使得信息噪声比小而引起统计模拟的困难。本文给出了方法的一些理论证实。MEMS中内部流动的特点,即流速低和大的长宽比的特点,引起椭圆性问题,即出入口边界条件相互影响需要协调的问题。通过对(长约几千微米的)微槽道流动应用IP方法的算例,演示了采用守恒形式的质最守恒方程和超松弛法可成功地解决这一问题。借助同样的方法,用IP方法求解了真实长度(1000μm)硬盘驱动器读写头在过渡领域的薄膜支撑问题,压力分布与具有严格气体动理论基础的概括化Reynolds方程完全相符,而在此之前,DSMC方法只对短的读写头(5μm)与Reynolds方程做了校验．作者建议将原来用于求解读写头润滑问题的Reynolds方程退化来求解过渡领域中的微槽道流动问题,从而提供了一个有严格气体动理论品性的检验方法来验证求解MEMS内部流动的各种方法。

关键词： MEMS 稀薄气体流动信息保存法守恒格式超松弛方法线化Boltzmann方程 Lattice Boltzmann 方法微槽道流动硬盘驱动器读写头退化的Reynolds方程