基于格子Boltzmann方法的微通道流动特性研究
摘 要
随着微机电系统（MEMS）技术的快速发展，有关微尺度下的流体流动情况研究成为了热门问题，本文从国内外的研究现状出发，对文中涉及到的格子Boltzmann方法、Shan-Chen模型等研究方法的基本概念做了界定，为论文的展开奠定了根基，进而指出了其在研究微尺度流体流动情况领域的可靠性、不足性和解决方法，然后通过对矩形微通道流动特性模拟研究、润湿性条件下的流动情况模拟研究、润湿性对表面滑移流动及减阻特性的影响，引出了如何基于格子Boltzmann方法模拟不同宽高比条件下的矩形微通道流动特性研究及获取考虑表面润湿性条件下微通道内的流体流动情况及表面润湿性的减阻机理。
关键词：格子Boltzmann方法；矩形微通道；润湿性
1.前言
目前，微电子机械系统正处于一个迅速发展的阶段，微尺度条件下的流体流动问题已成为人们探索的一个重要方面，当流体的流动区域由宏观尺度转变为微观尺度时，一些传统流体力学的理论将不再适用，经典流体力学当中，经常假设固体和流体的交界面上不存在相对运动，但在微观当中，由于比表面积大，微尺度的流体流动情况很大程度上会受到固体壁面的影响，因此，表面滑移和表面润湿性成为了微通道流体研究中不可忽略的重要因素。
格子Boltzmann方法（Lattice Boltzmann Method）是近年来发展起来的一种模拟流体流动的方法，在介观尺度上不考虑单个粒子的运动特性，将大量微观粒子看作为一个整体，用分布函数表示粒子整体的运动特性，可以兼顾微观尺度和宏观尺度的问题，且计算难度较低，结果精度较高。
格子Boltzmann方法利用系统自由能来描述不同相之间的相互作用力，但在流体和壁面的交界处会因为密度相差大而导致一些非物理情况存在，Shan-Chen模型可以通过引入微观分子间作用力，反映出流体动力学的本质，从而在格子Boltzmann方法的基础上，更好地进行润湿性表面微流动模拟的研究。
2.国内外研究概况
苏辉[1]等通过在计算机上模拟平面平板中无障碍物流问题及绕矩形障碍块的流动问题，表明了格子Boltzmann方法优于其他数值计算方法，得到的计算结果更加直观和准确。
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