稀薄气体流动特点及研究现状分析 被引量：2

1

作者 罗建斌 徐斌 +1 位作者 薛宏 吴建 《河南科技大学学报（自然科学版）》 CAS 2005年第1期22-26,共5页

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... 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。 展开更多

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

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热辐射计内稀薄气体流动的蒙特卡罗模拟 被引量：1

2

作者 吕章德 王绍民 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2004年第4期447-451,共5页

本文应用直接仿真蒙特卡罗(DSMC)方法,研究了Crookes热辐射计内由于叶片两表面的温度不同而引起的稀薄气体的流动,给出了热辐射计叶片高温面温度900K,低温表面温度为300K,四种不同克努森数(Kn)下流速矢量场、温度场和叶片两面压力差的... 本文应用直接仿真蒙特卡罗(DSMC)方法,研究了Crookes热辐射计内由于叶片两表面的温度不同而引起的稀薄气体的流动,给出了热辐射计叶片高温面温度900K,低温表面温度为300K,四种不同克努森数(Kn)下流速矢量场、温度场和叶片两面压力差的仿真结果。并与热辐射计在不同Kn数下的转速实验测量结果进行了比较,两者结果基本一致。 展开更多

关键词 蒙特卡罗模拟 矢量场 稀薄气体流动 热辐射 表面温度 流速 实验测量 DSMC 叶片

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MEMS稀薄气体内部流动模拟中的信息保存(IP)法 被引量：5

3

作者 沈青 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2006年第1期142-150,共9页

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... 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。 展开更多

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

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稀薄气体圆柱绕流的并行化DSMC方法研究 被引量：1

4

作者 黄琳 陈伟芳 吴其芬 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2000年第4期456-459,共4页

本文针对DSMC方法的内在并行特征构造了两种并行算法 ,并在PVM环境下实现了并行化计算。计算结果表明 ,实现DSMC方法的并行化能够显著缩短计算时间 ,提高计算效率 。

关键词 PVM环境 并行算法 DSMC方法 稀薄气体流动

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气体动理学格式与多尺度流动模拟 被引量：5

5

作者 谭爽 李诗一 +1 位作者 李启兵 符松 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期88-94,共7页

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... 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。 展开更多

关键词 气体动理学格式 湍流 稀薄气体流动 多尺度

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从分子运动论看连续介质气体动力学和稀薄气体的新特性 被引量：3

6

作者 Sone,Y 赵大刚 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 1997年第3期389-404,共16页

首先，综述了根据分子运动论对连续介质极限气体行为的最近研究．它表明：经典的连续气体动力学是不完整的；用分子运动论分析在连续介质极限时一些重要情况得到气体的正确行为是必不可免的．即，除了特殊的情况，甚至在平均自由程变为... 首先，综述了根据分子运动论对连续介质极限气体行为的最近研究．它表明：经典的连续气体动力学是不完整的；用分子运动论分析在连续介质极限时一些重要情况得到气体的正确行为是必不可免的．即，除了特殊的情况，甚至在平均自由程变为零的极限下热传导方程不能描述静止气体温度场；文中给出了根据分子运动论导出的温度场的正确方程组和边界条件及其具体应用．还用同轴圆筒间的包含气体凝聚相的气体流场的渐近分析，论证了经典连续气体动力学方程组的不完整性．其次，综述了最近几年发现的稀薄气体流动的新特性．如在凸体周围速度分布函数的不连续性及它与Ｓ层的关系，加热平板边缘周围引起的流动，有周期性温度分布的管道内产生的单方向流动． 展开更多

关键词 连续介质 气体动力学 分子运动论 稀薄气体流动

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稀薄流过渡区气固两相喷流的建模与数值模拟 被引量：7

7

作者 李洁 任兵 陈伟芳 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第4期484-489,共6页

从描述粒子运动的细观层次出发,运用DSMC方法,构造了稀薄流过渡区气固相互作用模型和颗粒碰撞模型,数值模拟了有气固两相横向喷流干扰的二维有限平板高超声速流场,分析了流场结构和物面气动系数分布等特性。结果表明,对于不同的来流Knud... 从描述粒子运动的细观层次出发,运用DSMC方法,构造了稀薄流过渡区气固相互作用模型和颗粒碰撞模型,数值模拟了有气固两相横向喷流干扰的二维有限平板高超声速流场,分析了流场结构和物面气动系数分布等特性。结果表明,对于不同的来流Knudsen数和颗粒质量载荷等参数,喷流干扰流场存在差异,同时反映了基于DSMC方法的气固相互作用模型是研究稀薄及过渡条件下的气固两相流动的有效方法。 展开更多

关键词 稀薄气体流动 气固两相流动 DSMC方法

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稀薄流热化学非平衡效应的DSMC研究 被引量：3

8

作者 石于中 陈伟芳 +1 位作者 任兵 吴其芬 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 1997年第2期238-244,共7页

以钝体绕流驻点线流场为例，应用直接仿真蒙特卡罗法（DSMC），模拟了五组元混合气体（N2、O2、N、O、NO）中的碰憧传能松弛、离解反应、交换反应及复合反应。给出了碰撞分子各自由度间的能量交换模式及各类化学反应的选择模式。DSMC仿... 以钝体绕流驻点线流场为例，应用直接仿真蒙特卡罗法（DSMC），模拟了五组元混合气体（N2、O2、N、O、NO）中的碰憧传能松弛、离解反应、交换反应及复合反应。给出了碰撞分子各自由度间的能量交换模式及各类化学反应的选择模式。DSMC仿真结果与宏观粘性激波层方程计算结果，在飞行高度较低时基本相符，表明采用的热化学非平衡模式是令人满意的。随着飞行高度增高稀薄气体效应增大，二者在激波附近有显著差异，表明高空飞行必须考虑热化学非平衡效应和稀薄气体效应。 展开更多

关键词 热化学 非平衡效应 DSMC仿真 稀薄气体流动

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制冷机低温泵冷板阵列仿真分析及结构优化

9

作者 姚吉恺 王国栋 +1 位作者 李恒霖 陈肇玺 《真空科学与技术学报》 北大核心 2025年第7期523-528,共6页

低温泵由于其运行稳定、大抽速等特性,广泛应用于半导体制造、大科学装置及环模装备。低温泵的冷板阵列作为泵送氢气的主要部件,其结构尺寸对抽气性能具有重要影响。研究以G-M制冷机低温泵为研究对象,基于稀薄气体动力学理论,对比分析... 低温泵由于其运行稳定、大抽速等特性,广泛应用于半导体制造、大科学装置及环模装备。低温泵的冷板阵列作为泵送氢气的主要部件,其结构尺寸对抽气性能具有重要影响。研究以G-M制冷机低温泵为研究对象,基于稀薄气体动力学理论,对比分析不同冷板层数及直径对抽气性能的影响,并根据抽速、降温时间、工作寿命三个指标筛选最优冷板阵列结构,最后通过热流耦合方法分析最优冷板阵列结构,对比分析不同G-M制冷机二级冷头安装高度对温度、抽气量分布及平均抽速的影响。结果表明,对于公称通径为250 mm的小口径低温泵的冷板阵列,应安装9层直径为180 mm的冷板,并分别讨论了冷头安装位置的优缺点。文章的研究方法为分析制冷机低温泵抽气性能提供了理论依据,研究结果为新型制冷机低温泵冷板阵列结构开发提供了理论支持。 展开更多

关键词 制冷机低温泵 稀薄气体流动 热−流耦合模型 冷板结构

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气体分子碰撞传能及反应的DSMC仿真

10

作者 陈伟芳 石于中 吴其芬 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1996年第2期5-8,共4页

研究了气体分子的非弹性碰撞机理，给出了分子内自由度激发、反应的几率选择模式及分子内自由度能量交换模式。以钝体驻点线流场为仿真实例，比较了ＤＳＭＣ仿真结果与粘性激波层方程计算结果。二者在较低高度时的一致表明ＤＳＭＣ仿真... 研究了气体分子的非弹性碰撞机理，给出了分子内自由度激发、反应的几率选择模式及分子内自由度能量交换模式。以钝体驻点线流场为仿真实例，比较了ＤＳＭＣ仿真结果与粘性激波层方程计算结果。二者在较低高度时的一致表明ＤＳＭＣ仿真中采用的模式是合理的。 展开更多

关键词 碰撞 传能 DSMC仿真 气体分子 稀薄气体流动

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直接模拟蒙特卡罗方法的并行方案设计 被引量：5

11

作者 王娴 王秋旺 +2 位作者 陶文铨 傅游 康继昌 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第1期105-107,共3页

针对直接模拟蒙特卡罗(DirectSimulationMonteCarlo,DSMC)方法的特点,提出了3种DSMC程序的并行方案.同时,对3种并行方案各自的优缺点进行了论述,并选择了各节点间程序相关性最小的并行方案,将其应用于稀薄气体二维微通道问题的求解.结... 针对直接模拟蒙特卡罗(DirectSimulationMonteCarlo,DSMC)方法的特点,提出了3种DSMC程序的并行方案.同时,对3种并行方案各自的优缺点进行了论述,并选择了各节点间程序相关性最小的并行方案,将其应用于稀薄气体二维微通道问题的求解.结果表明,串行程序与并行程序的计算结果完全吻合,并且得到了较高的并行效率,且并行效率随节点数的变化并非单调,而是有一个峰值. 展开更多

关键词 直接模拟蒙特卡罗方法 并行方案 并行效率 微通道 稀薄气体流动 数值模拟 并行设计 流动传热

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DSMC/EPSM混合算法研究 被引量：11

12

作者 陈伟芳 吴明巧 任兵 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2003年第3期274-278,共5页

将EPSM算法与DSMC方法结合,构造了可模拟含近连续流区及过渡流区的DSMC/EPSM混合算法。运用混合算法模拟了马赫数等于5时超音速竖板绕流及马赫数等于4时超音速平板绕流,并将结果与DSMC算法的结果进行比较,证明了DSMC/EPSM混合算法的有效... 将EPSM算法与DSMC方法结合,构造了可模拟含近连续流区及过渡流区的DSMC/EPSM混合算法。运用混合算法模拟了马赫数等于5时超音速竖板绕流及马赫数等于4时超音速平板绕流,并将结果与DSMC算法的结果进行比较,证明了DSMC/EPSM混合算法的有效性,同时将EPSM算法与DSMC算法的效率进行了比较。 展开更多

关键词 DSMC/EPSM混合算法 气体动力学 蒙特卡罗直接模拟法 平衡粒子模拟法 超音速平板绕流 稀薄气体流动

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直接模拟蒙特卡洛问题的并行化方法 被引量：4

13

作者 花嵘 傅游 康继昌 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2004年第5期40-41,74,共3页

对直接模拟蒙特卡洛问题的动态数据分布特点进行了研究，提出了该类问题的并行化方法，并对实际算例进行处理，在集群系统上获得的测试结果表明该方法正确而有效，能够满足用户的高性能计算需要。

关键词 直接模拟蒙特卡洛问题 并行化 数据并行 稀薄气体流动模拟 集群

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高超声速平头圆柱绕流化学反应流场的DSMC/EPSM混合算法研究 被引量：1

14

作者 陈伟芳 杨晓昆 +1 位作者 吴明巧 彭威 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2003年第4期476-481,共6页

本文发展了平衡粒子模拟方法(EPSM),建立了与高温气体化学反应动力学理论相匹配的EPSM耦合模型,并通过混合参数进行流区的自动识别,将EPSM方法与蒙特卡罗直接模拟方法(DSMC)结合,构造了可模拟化学反应流动的DSMC/EPSM混合算法。应用该... 本文发展了平衡粒子模拟方法(EPSM),建立了与高温气体化学反应动力学理论相匹配的EPSM耦合模型,并通过混合参数进行流区的自动识别,将EPSM方法与蒙特卡罗直接模拟方法(DSMC)结合,构造了可模拟化学反应流动的DSMC/EPSM混合算法。应用该算法对汲及化学反应的轴对称情况下高超声速平头圆柱绕流流场进行模拟,将结果与DSMC方法的结果进行比较,验证了新算法对求解化学反应流动的可行性。将混合算法的计算效率与DSMC方法的计算效率进行比较,发现混合算法能够大大提高计算效率。 展开更多

关键词 飞行器 化学反应 平头圆柱 DSMC/EPSM混合算法 稀薄气体流动 平衡粒子模拟方法

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气动激光器非平衡喷管流动计算

15

作者 陈嗣熊 《力学进展》 EI 1976年第1期47-53,共7页

一、引言 在高超音速风洞试验与火箭喷气推进系统的喷管中都出现非平衡流动,因此对于喷管中的非平衡效应已进行了长期广泛的研究,这方面的工作可参看Klall与Treanor的总结性文章[1]。但随着气动激光器的出现,为了能从理论上预言气动激... 一、引言 在高超音速风洞试验与火箭喷气推进系统的喷管中都出现非平衡流动,因此对于喷管中的非平衡效应已进行了长期广泛的研究,这方面的工作可参看Klall与Treanor的总结性文章[1]。但随着气动激光器的出现,为了能从理论上预言气动激光器喷管产生的粒子数反转,小信号增益与激光器的输出功率,人们又进一步发展了非平衡喷管流动的计算。 展开更多

关键词 非平衡流 计算方法 稀薄气体流动 喷管流动 流体流动 方程组 联立方程 喉道 气动激光器 气体动力学激光器 振动自由度 振动能 粒子数反转

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二维Woods-Burnett方程的稳定性分析

16

作者 魏淑惠 包福兵 朱赠好 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第1期90-94,共5页

Woods-Burnett方程是Boltzmann方程的二阶近似,是Burnett方程的一种修正,能够描述轻微偏离热力学平衡时的稀薄气体流动。但是Woods-Burnett方程在小扰动下不稳定,这是限制Woods-Burnett方程广泛应用的一个重要原因。本文在一维稳定性分... Woods-Burnett方程是Boltzmann方程的二阶近似,是Burnett方程的一种修正,能够描述轻微偏离热力学平衡时的稀薄气体流动。但是Woods-Burnett方程在小扰动下不稳定,这是限制Woods-Burnett方程广泛应用的一个重要原因。本文在一维稳定性分析的基础上,通过线性小扰动理论,首次得到了二维Woods-Burnett方程的稳定性特征方程,并把稳定性方程的解表示在复平面上,得到了二维稳定性特征曲线。通过扰动增长系数和扰动波数的关系,得到二维Woods-Burnett方程的临界努森数为0.130,而一维Woods-Burnett方程的临界努森数为0.184。说明在二维情况下Woods-Burnett方程更加不稳定。 展开更多

关键词 Woods-Burnett方程 线性稳定性分析 临界努森数 稀薄气体流动

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多级热流逸式真空泵流量与压力特性分析 被引量：3

17

作者 覃日帅 蒙仕达 +1 位作者 王博韬 卢苇 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期815-821,共7页

为满足流量和压力要求,热流逸式真空泵通常采用多级串联结构。本文依据稀薄气体动力学建立了多级热流逸式真空泵运行特性数学模型,探讨了温差、努森数、串联级数对流量和压力的影响。研究表明,在满足真空度要求的前提下,为获得较大流量... 为满足流量和压力要求,热流逸式真空泵通常采用多级串联结构。本文依据稀薄气体动力学建立了多级热流逸式真空泵运行特性数学模型,探讨了温差、努森数、串联级数对流量和压力的影响。研究表明,在满足真空度要求的前提下,为获得较大流量并减少串联级数,应合理增大多级热流逸式真空泵各级的温差;并尽可能采用特征尺寸大的连接通道,以使其内气体处于连续流区域;但微通道的特征尺寸须视情况而定,以确保其内气体处于高努森数的过渡流区域。从大气端指向真空端,多级热流逸式真空泵内的压力大致呈指数规律降低;越接近大气端的级,其内压力变化越显著;就每一级而言,压力在连接通道内略微升高,而在微通道内大幅降低。 展开更多

关键词 热流逸效应 多级串联 稀薄气体流动 流量特性 压力特性

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