多尺度传热传质-chapter 2.pdf

Multiscale Modeling of Heat and Mass Transfer Chapter 2 Fluid Flow and Heat Transfer in Microchannel Prof. Qiang Liao Institute of Engineering Thermophysics Chongqing University /cquiet/ 2010.6.13 Chongqing 工程热物理研究所 1/52 Institute of Engineering Thermophysics 1. 微槽道内流动分区 1964年Eringen—流体流动特性与N-S方程的预测值出现偏离 微尺度下流动特性在空间上连续变化的假设不再成立 基于N-S方程和大尺度能量方程的连续性假设也已不再适用 Schaaf and Chambre 、Beskok and Karniadakis 等建议采用 Kn数(Knudsen Number) 来划分气体的四种流动区：  Ma Kn / L 2 Re λ气体粒子的平均自由程长度 L特征尺度，气体中颗粒直径、飞行体直径或长度、微型槽 道宽度、边界层厚度、激波厚度等 Ma马赫数 Re雷诺数 工程热物理研究所 Institute of Engineering Thermophysics 微槽道内流动分区 (1) Kn<10-3称为连续介质 （continuum ）区  气体分子间的碰撞频率远比气体粒子与物体之间的碰撞频 率高得多  N-S方程及Fourier热传导定律适用  在气体与固体的交界面处无速度滑移及温度跳跃存在 (2) 10-3<Kn<10-1称为温度跳跃与速度滑移 （temperature jump and velocity slip ）区 气体粒子之间的碰撞频率比气体粒子与物体表面之间的碰撞 频率高很多，但稀薄气体效应 （rarefaction effect ）已经不 再能忽略 在广大的气体区域内仍采用N-S方程和Fourier定律，但边界 条件需考虑气体与固体交界处的速度滑移与温度跳跃，而速 度滑移与温度跳跃的表达式可由动力论导出 工程热物理研究所 Institute of Engineering Thermophysics 微槽道内流动分区 -1 1 (3) 10 <Kn<10 称为过渡 （transition ）区  气体粒子之间的碰撞频率和气体粒子与物体表面之间的碰 撞频率大体相当  不能再应用以气体粒子之间碰撞占支配地位为前提的连续 介质处理方法  由于分子之间碰撞不能忽略，也不能沿用以气体粒子之间 碰撞可以忽略为前提的自由分子流区的处理办法  传热与流动问题的严格处理困难，往往要从包括碰撞积分 项的Boltzmann方程出发，采用数值算法 （如Monte