【摘 要】
:
微机械谐振器作为MEMS中最常见的基础部件,其尺寸常接近于微米或者微纳米级别。由于微尺度效应的影响,气体阻尼对其品质因数有着至关重要的作用。因此,在设计初始阶段,如何精准地模拟出器件的气体阻尼效应就成为了一个研究重点。本文首先分析前人滑移膜和挤压膜气体阻尼模型,发现对于过渡区内MEMS谐振器滑移膜和挤压膜阻尼问题,基于连续介质的雷诺方程模型,由于气体的稀薄性导致模型不在适用,且修正后的模型多为经验
论文部分内容阅读
微机械谐振器作为MEMS中最常见的基础部件,其尺寸常接近于微米或者微纳米级别。由于微尺度效应的影响,气体阻尼对其品质因数有着至关重要的作用。因此,在设计初始阶段,如何精准地模拟出器件的气体阻尼效应就成为了一个研究重点。本文首先分析前人滑移膜和挤压膜气体阻尼模型,发现对于过渡区内MEMS谐振器滑移膜和挤压膜阻尼问题,基于连续介质的雷诺方程模型,由于气体的稀薄性导致模型不在适用,且修正后的模型多为经验模型,缺乏理论基础。而分子动力学方法,如直接蒙特卡洛法(DSMC),虽然可以有效地处理稀薄状态下的气体阻尼问题,但通常计算量很大,且存在一定的统计噪声。在此基础上,首次提出了一种更加高效而准确地多松弛时间格子玻尔兹曼模型(MRT-LBM),来模拟过渡区中MEMS谐振器的气体阻尼效应,并利用努森数层模型将微尺度下的壁面效应和气体稀薄效应,引入松弛时间的修正中。然后确定两类气体阻尼问题在MRT-LBM中的关键参数以及边界条件,利用MATLAB编写相应的仿真程序,并根据LBM方法格子收敛的特点,分别验证两组程序的收敛性,完成MRT-LBM滑移膜和挤压膜阻尼模型的建立。在滑移膜阻尼问题中,对比本文MRT-LBM与DSMC模型、高阶格子Boltzmann模型的板间速度分布曲线和不同反弹组合系数下,速度分布曲线的吻合度。验证修正后的MRT-LBM模拟过渡区平板滑移膜阻尼的有效性,利用该方法分析了努森数、斯托克斯数和板间间隙对滑移膜阻尼的影响。在挤压膜阻尼问题中,利用修正后的MRT-LBM对两类矩形板结构的挤压膜阻尼进行数值分析,将本模型所得结果与实验数据、Veijola的修正雷诺方程模型和Hutcherson的分子动力学模型的结果相对比,验证了本文MRT-LBM处理过渡区平板挤压膜阻尼问题的能力。结果显示,在过渡区中本文模型与实验结果更加吻合,并使用该模型讨论了不同气体状态和结构尺寸对挤压膜阻尼的影响。最后得出对于过渡区内平板滑移膜和挤压膜阻尼这两类问题,本文提出的MRT-LBM具有较高的有效性和准确性。
其他文献
国际海事组织宣布2020年新规定:要求世界范围内的船舶燃油含硫量从3.5%降低到0.5%,新的规定将暗示着世界范围内航行的船舶应采用符合要求的低硫燃油、液化天然气、液化石油气等气体燃料。急需开发未来新型的船舶节能减排装置,应用到船舶和汽车等载运工具运用工程领域。锂离子电池作为新一代储能装置,在小型电器得到广泛的应用,但是为满足载运工具动力电源要求,对锂离子电池的能量密度和功率密度都提出了更高的期许
当前镁合金在航天、汽车和电子产品上的应用越来越广,但是高温性能不佳长期制约着镁合金的扩大应用。常见耐热镁合金体系适用温度基本在200℃以下。若想将镁合金应用于飞机和
石墨烯是由单层C原子组成的二维晶体,完美石墨烯具备优秀的电学、光学、热学和力学性能,但普通工厂中很难获得无缺陷的石墨烯,而缺陷会导致石墨烯各方面性能的降低,所以缺陷
金属/高分子复合结构能够发挥金属与热塑性高分子各自的优势,越来越多应用于轻型结构的搭建中。而这种复合结构的制备需要表面预处理、金属/高分子连接、过程仿真等多项步骤
论文依托郑州综合交通枢纽地下交通工程(东广场)项目,采用有限元数值模拟并结合现场监测,对地表上方弃土移除和基坑施工时既有区间地铁隧道隆起变形和水平收敛变形进行研究。通过在均布荷载作用下隧道轴线处的附加应力公式中引入Winkler地基模型,计算隧道最大沉降量;并进行了现场注浆试验,优化注浆方案。论文主要工作及取得的研究成果如下:(1)针对既有区间地铁隧道地表上方堆积有大量弃土的情况,通过研读文献资料
近年来,在我国航空业飞速发展的背景下,不仅是民用航空得到了高速发展,我国的通用航空更是发展迅速。针对现阶段我国通用航空研究较少的现状,对通用教练机的燃油消耗进行了研
金井河属于捞刀河支流之一,是长沙县北部联合水厂的取水水源,同时位于长沙县星沙水源地上游。金井河流域农业发达,流域内化肥的施用是造成流域面源污染的主要原因,流域面源污染对水源水质威胁巨大。因此,本文基于SWAT模型方法对金井河流域面源污染开展模拟研究,为星沙水厂水质管理提供技术支撑,对流域饮用水源地水资源保护工作具有重要意义。本文通过收集数据,进行土地利用分析,构建空间、属性及农业管理数据库,建立金
时间序列是指按时间排序的一组观察值集合,并广泛应用于金融、医疗等众多领域,同时时间序列也存在维数高、规模大、结构复杂和噪声干扰等缺点,为了降低数据处理的复杂度,提高
在镁中加入钇(Y)可以提高屈服强度和延展性,然而其机理尚不明确。采用模拟的方法可以更加有效的理解变形过程中Y元素的作用。本文采用了晶体塑性的快速傅里叶变换方法(CPFFT)
铝合金作为一种大型的结构材料,具有高的比强度、比刚度、良好的耐蚀性以及低密度等优点,现被广泛的应用于航空航天、海洋工程和车辆工程等领域。焊接是一种通过加热使工件局