ミクロ流れにおける希薄効果

微流稀释效应

• 批准号: 06750165
• 负责人: 松井 純
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06750165/
• 关键词: 希薄気体; DSMC法; すき間流れ; クヌッセン数

ミクロスケールの希薄流れにおける数値解析手法について基礎的に検討するため、まず、研究代表者が従来から用いている計算コードの汎用性を高め、様々の形状のすき間流れを計算できるコードを開発した。次に最も基本的な流れ場として、平行平板間を入り口/出口の圧力差によって気体が流れる流れ場を解析した。このとき入り口/出口での主流速度が不明であり、また粘性により速度分布が生じるため、この境界条件の与え方が問題となる。今回は、池川らのモデルと、主流速度を0とした場合とを計算し比較した。池川のモデルでの流入速度は変動が著しく大きく、あまり適当ではないことがわかった。また2つの境界条件で、流路中央付近の圧力勾配、流量については両者に差は見られなかった。また、この流れ場において計算セルのサイズやセルあたりの模擬分子の個数を変化させ、流量係数を比較した。その結果10〜20程度の模擬分子がセルにあれば流量係数は信頼できることがわかった。これは一般の希薄流の場合と同じ程度の個数である。引き続いて、ハードディスクのディスクとヘッドの間の流れを模した流れを解析した。この場合も、各種の平均値がほぼ一定値となるための計算条件は従来の程度で十分であることが確認できた。上のいずれの流れ場においても、本来Boltzmann分布になるはずの速度分布に若干の歪みがみられた。この歪みはランダム的なものではあるが、理論解と比較して議論するためには精度が不足である。平均値に関しては模擬分子個数の影響は出てこないにもかかわらず、速度分布関数に関してはまだまだ精度が不足な場合があることがわかった。なお、分子間衝突モデルはVSSモデルと剛体球モデルとで顕著な差は見られなかった。DSMC法を用いてミクロ流れにおいて信頼の高い計算を行うためには、分子個数、乱数発生法、衝突処理等について、さらに検討を要すると考えられる。

为了从根本上研究微尺度稀流的数值分析方法，主要研究者首先改进了过去使用的计算代码的通用性，开发了可以计算各种形状的缝隙流的代码。接下来，作为最基本的流场，我们分析了气体因进出口压差而在平行板之间流动的流场。此时，入口/出口处的主流速度是未知的，并且由于粘性而出现速度分布，因此如何提供这个边界条件成为一个问题。这次我们计算并比较了Ikekawa等人的模型和主流速度设置为0的情况。结果发现，池川模型中的流入速度波动较大，不太合适。此外，在通道中心附近的压力梯度和流速的两个边界条件之间没有观察到差异。此外，在这个流场中，我们改变了计算单元的大小和每个单元的模拟分子数量，并比较了流动系数。结果发现，如果单元中有大约10到20个模拟分子，则流量系数是可靠的。这个数字与一般稀流的情况大致相同。接下来，我们分析了模拟硬盘磁盘和磁头之间流动的流程。在这种情况下，也确认了以往的计算条件足以使各种平均值大致恒定。在上面的两个流场中，速度分布都出现了一些扭曲，本来应该是玻尔兹曼分布。虽然这种失真是随机的，但精度不足以将其与理论解进行比较和讨论。虽然模拟分子的数量对平均值没有影响，但发现在某些情况下速度分布函数的精度仍然不够。此外，在分子间碰撞模型中，VSS模型和硬球模型没有观察到显着差异。为了使用DSMC方法在微流中进行高度可靠的计算，人们认为需要对分子数、随机数生成方法、碰撞处理等进行进一步研究。