微通道中气体流动的格子Boltzmann数值模拟

计算物理 ›› 2010, Vol. 27 ›› Issue (3): 389-395.

微通道中气体流动的格子Boltzmann数值模拟

聂德明¹, 郭晓辉¹, 林建忠^1,2

1. 中国计量学院计量测试工程学院, 浙江杭州 310018;
2. 浙江大学力学系, 浙江杭州 310027

收稿日期:2009-01-04 修回日期:2009-06-22 出版日期:2010-05-25 发布日期:2010-05-25
作者简介:聂德明(1979-),男,福建三明,博士生,从事纳米颗粒多相流研究.
基金资助:
浙江省重大科技专项(10632070)资助项目

Lattice-Boltzmann Method for Gas Flow in Microchannels

NIE Deming¹, GUO Xiaohui¹, LIN Jianzhong^1,2

1. College of Metrology and Technology Engineering, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China;
2. Department of Mechanics, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China

Received:2009-01-04 Revised:2009-06-22 Online:2010-05-25 Published:2010-05-25

摘要/Abstract

摘要： 采用可压缩格子Boltzmann模型及非平衡外推边界条件,数值模拟微通道中的气体在滑移区域(Kn≤0.1)内的流动,计算结果包括出口速度剖面、通道中心压力分布以及质量流率等,与理论结果及其他实验结果符合得很好.还模拟了180°弯曲通道中的气体流动.结果表明,滑移速度的存在抑制了边界层的分离,因此在弯曲处不存在漩涡.计算结果还表明,弯道的存在显著影响了气体的质量流率.

关键词: 微流动, 格子Boltzmann方法, Knudsen数, 弯道

Abstract: A compressible lattice-Boltzmann model coupled with non-equilibrium extrapolation method are adopted to simulate gas flow in microchannels at slip regime (Kn≤0.1).Numerical results,including velocity profiles at outlet,pressure distributions and mass flowrates,agree well with analytical solutions and experimental results.In addition,gas flow in a 180 degree curved channel is numerically simulated.It shows that boundary layer separation is suppressed by slip velocity at the wall.In addition,mass flowrate of a curved channel is smaller than that of a straight one.

Key words: microfluids, lattice Boltzmann method, Knudsen number, cureved channel

中图分类号:

O356

聂德明, 郭晓辉, 林建忠. 微通道中气体流动的格子Boltzmann数值模拟[J]. 计算物理, 2010, 27(3): 389-395.

NIE Deming, GUO Xiaohui, LIN Jianzhong. Lattice-Boltzmann Method for Gas Flow in Microchannels[J]. CHINESE JOURNAL OF COMPUTATIONAL PHYSICS, 2010, 27(3): 389-395.

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