矩形微流道可壓縮流體之三維數值模擬
學年 92
學期 1
出版（發表）日期 2004-01-01
作品名稱 矩形微流道可壓縮流體之三維數值模擬
作品名稱（其他語言） Three-Dimensional Numerical Simulation of Compressible Flow in Rectangular Microchannels
著者 陳慶祥
單位 淡江大學航空太空工程學系
描述 計畫編號：NSC93-2212-E032-005 研究期間：200408~200507 研究經費：426,000
委託單位 行政院國家科學委員會
摘要 由已發表有關微流道摩擦及熱傳之實驗及數值論文的比較顯示不同研 究者所得的實驗結果差異很大，實驗結果的趨勢也不盡相同。目前對此一 差異的形成及其可能的解釋都尚未清楚。所以我們目前尚無法準確的來預 測流體在微流道裏的摩擦及熱傳特性，這一方面的問題仍有待進一步研究。 大部份已發表有關微流道流場的數值論文是模擬不可壓縮流或二維的 可壓縮流，而由於計算時間的考量，模擬三維的流道往往是很短的。本計 畫主要就是發展出一個有效率的三維數值計算方法來預測可壓縮流體在長 微流道的流力性質，這在文獻上尚未被討論過。這數值計算方法就是利用 reduced Navier-Stokes 方程式作為理論基礎，另外再採用Baldwin-Lomax turbulence model 來計算紊流黏滯力。 這數值計算的優點，在於它的統御方程式是一個具有拋物線型特性的 方程式。它採用了一個在空間中有效行進的方法來求解統御方程式，速度 上至少比完全Navier-Stokes 方程式快上百倍到千倍。這是因為非穩態的 Navier-Stokes 方程式是一個結合著雙曲-拋物兩種線型的數學特性，因此它 必須對時間做積分直到穩態的解出現為止，這過程顯得相當沒有效率。 本程式將用來模擬在微流道內可壓縮層流跟紊流流場，而數值計算結 果將與既有的實驗資料做比較。而從比較的結果可告訴我們應用在傳統大管徑的紊流模式是否可應用在預測微流道的紊流流場。本研究所使用的程 式也將用來研究在微流道中，不同的深寬比（流道高度/流道寬度）對可壓 縮層流跟紊流流場摩擦特性的影響。這影響在傳統管徑不可壓縮層流及紊 流流場已經被證明計算出來，但是對於在可壓縮流微流道的影響卻是沒有 被記載著。如果本程式能發展成功，將會提供研究微流道流場一個快速有 效率又正確的研究工具。
關鍵字 可壓縮流;微流道;摩擦
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