宁方伟　龙　威　刘　岩

昆明理工大学，昆明，650500



微小尺度下平板间气体流动机理及压力特性分析

宁方伟龙威刘岩

昆明理工大学，昆明，650500

摘要：基于平板间气膜内气体分子运动和碰撞的规律，提出气膜分层理论，将板间气膜内的气体划分为近壁层、稀薄层、连续流层。给出了划分稀薄层和连续流层的依据，建立分层物理模型并提出每层的控制方程，验证了分层理论的合理性。通过大规模原子/分子大型并行模拟器仿真板间气膜内气体流态并计算沿高度方向的压力，得出了如下结论：随着板间气体流速的增大，板间气膜有效压力减小，连续流层的厚度增大，稀薄层的厚度减小；当气体流速到达一定值时，气膜内压力不再分层，速度滑移现象可以忽略。

关键词：微机电系统；微流体；速度滑移；Knudsen数；分子碰撞

0引言

MEMS技术的发展为微流体技术的研究创造了条件。近十几年来，微流体技术在MEMS领域内逐渐成为一个非常大的分支，取得了很大的进展。微流体装置及组件主要包括微泵、微阀、微通道、微喷、微传感器和微混合器等。在这些装置中，微小尺度平行平板间气体流动成为微流体中主要研究内容。

板间气流由于尺度微小，稀薄效应显著，在固体界面上产生速度滑移，进而导致整个气膜内气体流态发生变化[1]。速度边界滑移经历了边界无滑移条件假设[2-3]、线性滑移条件假设、近似滑移本构方程的发展[4-5]。无滑移边界条件在微尺度流动分析中不再适用。……