微流动 基础与模拟 fundamentals and simulationPDF电子书下载

目录 1

1　基本概念和技术 1

1.1　MEMS中新的流区 1

1.2　连续介质假设 6

1.2.1　有关分子的量值 10

1.2.2　混合流动区域 13

1.2.3　实验例证 14

1.3　先驱研究者 18

1.4　MEMS的全系统模拟 21

1.5　微流动模拟 25

2.1　流体动力学的基本方程 31

2　控制方程和滑移模型 31

2.1.1　不可压缩流 33

2.1.2　简化模型 35

2.2　可压缩流 36

2.2.1　一阶模型 38

2.2.2　适应系数的作用 40

2.3 高阶模型 43

2.3.1　高阶滑移模型的推导 44

2.3.2　一般性滑移条件 46

2.3.3　滑移模型比较 49

3　切变驱动和分离的微流动 51

3.1　库埃特流 51

3.2　方腔流 54

3.3　凹纹槽流 56

3.4　分离的内流 58

3.5　分离的外流 66

4　压力驱动的微流动：滑移流区 70

4.1　等温的可压缩流动 70

4.2　绝热可压缩流动——范诺理论 76

4.3　入口流动 80

4.4　用DSMC验证滑移模型 83

4.5　粗糙效应 87

5 压力驱动的微流动：过渡流区和自由分子流区 90

5.1　过渡流区和自由分子流区 90

5.2　微通道中的伯纳特方程 93

5.3　统一的流动模型 95

5.3.1　速度标度 95

5.3.2　流率标度 97

5.3.3　管流和孔道流模型 102

6　微尺度的热效应 110

6.1　热蠕变（流逸） 110

6.1.1　模拟结果 112

6.1.2　热蠕变实验 114

6.1.3　克努森压缩机 115

6.1.4　其他温度诱导流 116

6.1.5　热传导和幽灵效应 118

6.2　微泊肃叶流（Poiseuille flow）中的热传递 119

6.3　微库埃特流中的热传递 125

7　气体微流动的原型应用 129

7.1　微机电系统（MEMS）的气体阻尼和动态响应 129

7.1.1　雷诺方程 131

7.1.2　加速度计内窄薄膜的影响 137

7.2　微推进和微喷嘴流动 141

7.2.1　微推进分析 142

7.2.2　稀薄效应及其他效应 146

8　动电驱动的液体微流动 151

8.1　动电效应评述 151

8.2　双电层 152

8.3　近壁电势分布 154

8.4　电渗流的控制方程 156

8.5　动电微槽流 158

8.6　EDL／主流界面速度匹配条件 161

8.7　电渗滑移条件 163

8.8　复杂结构中的流动 164

8.8.1　交叉流接头 165

8.8.2　圆柱和正方柱阵列 167

8.9　双向电泳 169

9　连续性模拟的数值方法 173

9.1　一种高阶数值方法：μFlow代码 174

9.1.1　不可压缩微流动的公式 177

9.1.2　可压缩微流动的公式 180

9.1.3　滑移边界条件的实现 184

9.1.4　验证问题 185

9.2　无网格数值方法 187

9.2.1　静电悬臂梁 190

9.2.2　驱动方腔流 191

9.3　粒子微流的力耦合方法 192

10　原子模拟数值方法 201

10.1　分子动力学方法 201

10.2　直接模拟蒙特卡罗方法（DSMC） 208

10.2.1　直接模拟蒙特卡罗方法的局限性和误差 210

10.2.2　DSMC-信息保存方法 214

10.2.3　DSMC耦合与连续介质模型耦合 215

10.3　玻尔兹曼方程 218

10.3.1　一般理论 218

10.3.2　玻尔兹曼方程的经典解 222

10.3.3　玻尔兹曼方程的曾根渐近理论 224

10.3.4　玻尔兹曼方程的数值解 232

10.3.5　非等温流动 236

10.4　格子-玻尔兹曼方法（Lattice-Botzmann method,LBM） 237

10.4.1　与N-S方程解的比较 239

10.4.2　微流动的格子-玻尔兹曼方法模拟 241

参考文献 243

索引 266