微纳通道中动量与能量协调系数的分子动力学研究

来源 :清华大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:diod
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着微纳尺度加工技术的飞速发展,MEMS和NEMS器件中的流动与传热问题备受关注。在微纳通道中,气体流动表现出明显的稀薄效应和壁面效应,影响气体与壁面的动量与能量交换。协调系数可以定量描述气固界面的输运现象,其数值越接近于1,气体与壁面的动量与能量交换越充分。本文利用分子动力学(MD)方法研究了切向动量、法向动量以及能量协调系数(TMAC、NMAC、EAC)随温度、壁面构型、表面粗糙度等因素的变化以及气体与壁面的动量和能量交换规律。论文利用MD方法中截断半径的概念,确定了入射分子与反射分子的状态,进而依据协调系数的定义,提出了MD方法中协调系数的统计算法。计算结果表明,壁面反射气体分子的法向动量变化是影响气体分子在壁面附近吸附时间长短以及俘获-逃逸行为的主要因素。在光滑通道中,较低的壁面温度和较强的气固相互作用势能使得气体分子的吸附时间较长,TMAC、NMAC和EAC都趋近于1;随着Kn的增大,气体流动的稀薄性增强,气体分子之间的影响逐渐减弱,气体分子的吸附时间减小,TMAC与EAC略有减小。光滑通道中的壁面具有原子尺度的粗糙度,不同的晶面构型可导致壁面附近的气固作用势能分布不同,较大的法向势能梯度使得气体与壁面的切向动量交换较为充分,TMAC较大,而较大的切向势能梯度则强化了能量交换,导致EAC增大;具有纳米尺度粗糙元的壁面能够很大程度改变壁面附近的气固势能分布,增大法向与切向势能梯度,减小反射分子的平均法向动量。随着粗糙元高度的增加,TMAC和EAC皆逐渐增大,而NMAC逐渐减小。考虑到三维MD的计算量太大,本文也采用二维MD方法模拟了协调系数。由于在EAC的定义以及壁面构造等方面与三维MD不同,二维MD计算得到的TMAC和EAC比三维结果小,通过二维与三维MD计算结果的对比分析,整理出了关联式,从而可以使用二维结果较好预测三维问题的协调系数。论文还采用DSMC和MD方法模拟了0.01 < Kn < 0.3的等温流动,将DSMC中的速度分布与滑移理论解对比修正了线性与非线性滑移模型中的滑移系数,利用MD计算得到的TMAC和速度分布修正了一阶滑移系数的表达式。
其他文献
在今年1月份国务院新闻办召开的新闻发布会上,建设部提出:今年将启动既有建筑节能改造工作,推进可再生能源在建筑中的规模化应用,继续加强对新建建筑节能工作的监督管理,培育建筑
目的探究渐进带蒂包皮瓣转移术治疗重型隐匿性阴茎的临床效果。方法选取2014年1月~2017年4月间我院收治的重型隐匿性阴茎患儿120例作为研究对象,采用随机数字表法分组,观察组
目的探讨优质护理在静脉输液所致静脉炎的预防中的效果。方法随机选取2017 年10 月—2018 年10 月本院门诊输液室收治的患者60 例为对象进行研究,将其随机分为两组,各30 例。
2019年9月4日,习近平总书记向中国外文局成立70周年致贺信,充分彰显了习总书记对外宣事业的高度重视、严格要求和亲切关怀,既是对外文局人的鼓舞和鞭策,也为外文局建设世界一
三名护士发现自己被困在汉口火车站外,因为就在一天前,武汉市政府宣布停运全市公共交通以防止在这里出现的新冠肺炎疫情向外蔓延。这些护士在5公里以外的同济医院工作。他们
晕轮效应是普遍存在的一种心理现象,它是指一个人在对他人进行评价时,对他人的某种品质或特征有非常清晰鲜明的知觉。由于这一特征或品质从观察者的角度来看非常突出,从而掩
回 回 产卜爹仇贱回——回 日E回。”。回祖 一回“。回干 肉果幻中 N_。NH lP7-ewwe--一”$ MN。W;- __._——————》 砧叫]们羽 制作:陈恬’#陈川个美食 Back to yield
热交换器包括冷凝器,蒸发器,暖风芯体,等。热交换器在航空航天,石油化工,车辆船舶,能源动力,食品环保等领域有着广泛的应用。全球范围内环保教育的日益普及和能源危机意识的
本课题以近年国际传热领域研究热点——单环路脉动热管(CLPHP)为研究对象,以开发新结构、试用新工质为目的,运用可视化实验与混沌动力学方法进行分析,所得结论为其在实际工程领
国内城市轨道交通的地铁站点是各类社会活动的关键节点,而对于地铁站点分级方法的研究也是由来已久。文章根据浙江省宁波市不同类型地铁站点的差异性,将其64个站点,根据站点