基于Cantor集粗糙微通道内气体流动研究

摘要

本文建立了基于Cantor集粗糙表面微通道内的气体流动模型，利用格子Boltzmann方法模拟研究了表面形貌对气体滑移流动的影响，着重分析讨论了统计粗糙高度、Knudsen数以及Reynolds数对气体微流动滑移特性的影响。研究结果表明：（1）粗糙元的出现减弱了微气体流动中的边界速度滑移现象，与光滑微通道相比，粗糙微通道气体流动Poiseuille数更大。（2）粗糙微通道内的气体速度滑移特性受到统计粗糙高度和稀薄效应的显著影响。减小统计粗糙高度或者增加Knudsen数都会导致微通道内出现较大的壁面气体滑移现象。（3）Reynolds数对粗糙微通道内的气体速度滑移特性的影响不明显。Reynolds数的急剧增加，会导致气体出现压缩现象，进而使稀薄效应减弱，流动阻力增大。但如果Reynolds数的增量较小，那么流动阻力的增加可以忽略。