系統識別號 | U0002-2308201216011900 |
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DOI | 10.6846/TKU.2012.00995 |
論文名稱(中文) | 以DSMC法探討微管中非平衡區流場 |
論文名稱(英文) | The Investigation of Non-equilibrium Region of Micro-channel Flows Using The DSMC Method |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 機械與機電工程學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 100 |
學期 | 2 |
出版年 | 101 |
研究生(中文) | 鄭傑元 |
研究生(英文) | Jie-Yuan Jeng |
學號 | 699371117 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | 英文 |
口試日期 | 2012-07-26 |
論文頁數 | 107頁 |
口試委員 |
指導教授
-
李宗翰
委員 - 洪祖昌 委員 - 黃曼菁 |
關鍵字(中) |
直接模擬蒙地卡羅法 非平衡 機率密度函數 |
關鍵字(英) |
Non-equilibrium DSMC Probability Density Function |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
中文摘要 |
本文利用直接模擬蒙地卡羅 (Direct simulation Monte Carlo,DSMC)法模擬了三種積體電路中常見的幾何微管,分別為矩形空管,微結構管與背向式階梯管,而我們利用以上三種幾合微管,探討其流場中的非平衡區域的性質,比較各種微管的平衡區及非平衡區不同之處,並透過了其模擬結果,了解非平衡區域中,流場速度與溫度是否與非平衡區域的分佈有關,並將上述三種幾合微管,分別隨機取其平衡與非平衡區域中的1~2點,來比較其相對應機率密度函數之分佈所呈現的變化與關係。 |
英文摘要 |
The direct simulation Monte Carlo (the Direct simulation Monte Carlo DSMC) method to simulatethe three integrated circuits geometry of microtubules, respectively, microchannel flows, micro -structures microchannel and backward-facing step flows, while we usethree kinds together a few microtubules to explore the nature of the flow fields of non-equilibrium region, various microtubule balance area and the different non-equilibrium zone, through the simulation results, the region of non-equilibrium, whether the flow velocity and temperatureand distribution of non-equilibrium region, and these three several co-microtubules were randomly whichever is 1-2 in the area of balanced and unbalanced, to compare the relative change and relationships should be presented by the distribution of the probability density function. |
第三語言摘要 | |
論文目次 |
中文摘要 II 英文摘要 III 目錄 V 圖目錄 VIII 表目錄 XIII 符號說明 XIV 第一章 緒論 1 1.1研究動機 1 1.2紐森數定義 2 1.3波茲曼方程式及其解法 3 1.4文獻回顧 7 第二章直接蒙地卡羅法 12 2.1原理及應用 12 2.2網格設置與時步計算 15 2.3流場初始條件 16 2.4流場邊界處理 17 2.5碰撞對(COLLISION PAIR)的選擇 19 2.6低速流之進出口條件設定方法 20 2-6-1隱性邊界法(Implicit Boundary Method Treatment) 20 2-6-2 粒子控制邊界法 (Particle Control Treatment) 22 2.7 流場性質的取樣 23 2.8 流場性質的輸出 23 2.9分子模型的選擇 24 2-9-1分子模型 24 2-9-2硬球模型(HS) 24 2-9-3可變硬球模型(VHS) 25 2-9-4可變軟球模型(VSS) 26 2-9-5雙原子分子模型 26 2-9-6流場性質之計算 29 第三章 機率密度函數與非平衡流場探討 32 3.1機率密度函數基本原理 32 3.2常態分佈 33 3.2.1常態分佈定義 33 3.2.2常態分佈特性 34 3.3流場平衡態 36 3.4馬克士威-波茲曼分佈 37 3.4.1動量向量的分佈 38 3.4.2速度向量的分佈 40 第四章 結果與討論 42 4.1模擬模型 42 4.2程式驗證與取樣收斂 42 4.2.1矩形微管程式驗證與取樣收斂 42 4.2.2微結構微管程式驗證與取樣收斂 43 4.2.3背向式階梯微管程式驗證與取樣收斂 43 4.3二維與三維低速非平衡區 44 4.3.1流場的非平衡態 44 4.3.2矩形空管非平衡區探討 45 4.3.3微結構管非平衡區探討 46 4.3.4背向式階梯管非平衡區探討 48 4.4低速微管非平衡區與標準常態分佈的關係 49 4.4.1標準常態分佈定義 49 4.4.2非平衡區與機率密度函數之探討 50 第五章 結論與建議 53 5-1結論 53 5-2 建議 54 參考文獻 55 圖目錄 圖1-1 Kn值與統御方程式間的關係圖 65 圖2-1 稀薄度與密度之關係 65 圖2-2 DSMC流程圖 66 圖2-3 分子碰撞面積示意圖 67 圖3-1 硬球模型碰撞示意圖 67 圖4-1 矩形微流場模型示意圖 68 圖4-2 背向式階梯微管流場模型示意圖 68 圖4-3 微結構微管流場模型示意圖 69 圖4-4 矩形微管滑移速度模擬驗證圖 69 圖4-5 矩形微管流體與壁面溫度差模擬驗證圖 70 圖4-6 矩形微管熱通量模擬驗證圖 70 圖4-7 熱通量模擬驗證圖 70 圖4-8 溫度模擬驗證圖 71 圖4-9 流體與壁面溫差模擬驗證圖 71 圖4-10 熱通量模擬驗證圖 71 圖4-11 空管微管流場性質穩態圖 72 圖4-12 背向式階梯微管流場性質穩態圖 72 圖4-13 微結構微管流場性質穩態圖 72 圖4-14 空管非平衡區分佈圖 73 圖4-15 空管Tr/Tt分佈圖 73 圖4-16 空管非平衡區中心線圖 74 圖4-17 空管速度分佈圖 74 圖4-18 空管速度中心線圖 75 圖4-19 空管KN值分佈圖 75 圖4-20 2D空管KN值中心線圖 76 圖4-21 3D空管非平衡區分佈圖 76 圖4-22 3D空管Tr/Tt分佈圖 77 圖4-23 3D空管Tr/Tt中心線圖 77 圖4-24 3D空管速度分佈圖 78 圖4-25 3D空管速度中心線圖 78 圖4-26 3D空管KN值分佈圖 79 圖4-27 3D空管KN值中心線圖 79 圖4-28 2D case1微結構管非平衡區分佈圖 80 圖4-29 2D case1微結管Tr/Tt分佈圖 80 圖4-30 2D case1微結構管Tr/Tt中心線圖 81 圖4-31 2D case1微結構管速度分佈圖 81 圖4-32 2D case1微結構管速度中心線圖 82 圖4-33 2D case1微結構管KN值分佈圖 82 圖4-34 2D case1微結構管KN值中心線圖 83 圖4-35 2D case2微結構管非平衡區分佈圖 83 圖4-36 2D case2微結構管Tr/Tt分佈圖 84 圖4-37 2D case2微結構管Tr/Tt值中心線圖 84 圖4-38 2D case2微結構管速度分佈圖 85 圖4-39 2D case2微結構管速度中心線圖 85 圖4-40 2D case2微結構管KN值分佈圖 86 圖4-41 2D case2微結構管KN值中心線圖 86 圖4-42 3D微結構管非平衡區分佈圖 87 圖4-43 微結構管Tr/Tt值分佈圖 87 圖4-44 3D微結構管Tr/Tt值分佈圖 88 圖4-45 3D微結構管速度分佈圖 88 圖4-46 3D微結構管速度中心線圖 89 圖4-47 3D微結構管KN值分佈圖 89 圖4-48 3D微結構管KN值中心線圖 90 圖4-49 2D背向式階梯管非平衡區分佈圖 90 圖4-50 2D背向式階梯管Tr/Tt值分佈圖 91 圖4-51 2D背向式階梯管Tr/Tt值中心線圖 91 圖4-52 2D背向式階梯管速度分佈圖 92 圖4-53 2D背向式階梯管速度中心線圖 92 圖4-54 2D背向式階梯管kn值分佈圖 93 圖4-55 2D背向式階梯管kn值中心線圖 93 圖4-56 2D背向式階梯管壓力中心線圖 94 圖4-57 2D空管網格選擇第3036非平衡指標機率密度函數分佈(a), (b), (c)圖 94 圖4-58 2D空管網格選擇第3415非平衡指標機率密度函數分佈(a), (b), (c)圖 95 圖4-59 2D空管網格選擇第5843非平衡指標機率密度函數分佈(a), (b), (c)圖 96 圖4-60 3D空管網格選擇第2339非平衡指標機率密度函數分佈(a), (b), (c)圖 96 圖4-61 3D空管網格選擇第4935非平衡指標機率密度函數分佈(a), (b), (c)圖 97 圖4-62 3D空管網格選擇第7895非平衡指標機率密度函數分佈(a), (b), (c)圖 98 圖4-63 2D case1微結構管網格選擇第6282非平衡指標機率密度函數分佈(a), (b), (c)圖 98 圖4-64 2D case1微結構管網格選擇第4857非平衡指標機率密度函數分佈(a), (b), (c)圖 99 圖4-65 2D case2微結構管網格選擇第6282非平衡指標機率密度函數分佈(a), (b), (c)圖 100 圖4-66 2D case2微結構管網格選擇第4857非平衡指標機率密度函數分佈(a), (b), (c)圖 100 圖4-67 3D微結構管網格選擇第27444非平衡指標機率密度函數分佈(a), (b), (c)圖 101 圖4-68 3D微結構管網格選擇第51504非平衡指標機率密度函數分佈(a), (b), (c)圖 102 圖4-69 2D背向式管網格選擇第7335非平衡指標機率密度函數分佈(a), (b), (c)圖 102 圖4-70 2D背向式階梯管網格選擇第8328非平衡指標機率密度函數分佈(a), (b), (c)圖 103 圖4-71 正常標準常態分佈理論示意圖 103 圖4-72 本文標準常態分佈之比較圖 104 圖4-73 2D空管非平衡指標圖 104 圖4-74 3D空管非平衡指標圖 105 圖4-75 2D case1微結構管非平衡指標圖 105 圖4-76 2D case2微結構管非平衡指標圖 106 圖4-77 3D 微結構管非平衡指標圖 106 圖4-78 2D 背向式階梯構管非平衡指標圖 107 表目錄 表4-1 VHS 分子模型基本參數 61 表4-2 2D及3D空管微流場初始設定 61 表4-3 2D微結構管初始設定 62 表4-4 3D微結構管初始設定 63 表4-5 2D背向式階梯管初始設定 64 |
參考文獻 |
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