【物理建模专栏|张玉东许爱国等】微纳米尺度非平衡流动与传热的DBM建模与模拟

风流知音(FLOWS:Physics & beyond)【物理建模专栏(FOCUS ON PHYSICAL MODELING)】微纳米尺度非平衡流动与传热的DBM建模与模拟  (2020年12月6日)  CFDST(2020)1036

微纳米尺度流动与传热的离散Boltzmann方法建模与模拟

张玉东^1*    许爱国^2,3   卫荣汉¹

1.  郑州大学力学与安全工程学院

2.  北京应用物理与计算数学研究所

3.  北京大学应用物理与技术研究中心

 *通讯作者：ydzhang@zzu.edu.cn

摘要

近些年，随着微纳机电系统（MEMS）与纳米技术的快速发展，微纳米尺度下的流动与传热特性逐渐成为人们关注的热点。微纳尺度下的流动与传热行为与传统宏观尺度存在显著差异，表现出很强的非平衡特性，如速度滑移、温度跳变、弹道输运、非傅里叶导热等。其主要原因是，在微纳尺度下载流子与系统的特征尺度相比不再是可以忽略的小量，此时基于连续性介质假设的经典流动方程与导热方程不再适用。本报告将介绍从统计物理的Boltzmann方程发展而来的离散Boltzmann方法（DBM）的基本建模思路，以及其在微纳尺度流动与传热研究方面的应用。报告的主要内容分为两部分：第一部分是气体非平衡流的DBM建模与模拟，将介绍适用于滑移流的DBM动理学边界模型与适用于更深层次非平衡的高阶DBM建模框架；第二部分是多相流的DBM建模与模拟，将介绍自下而上与自上而下的两种多相流DBM建模思路，以及基于热多相流DBM对相分离过程中的熵产生特性的研究。

关键词：微纳尺度；非平衡；离散Boltzmann方法；多相流；熵产生

报告人简介：

张玉东（1992年—），男，博士，副教授（直聘），2019年6月于南京理工大学获博士学位（中国工程物理研究院联合培养），导师为北京应用物理与计算数学研究所许爱国研究员、南京理工大学陈志华教授；现工作于郑州大学力学与安全工程学院。

目前主要研究方向为非平衡流的离散Boltzmann建模、燃烧与多相流的介观建模与模拟、微纳米尺度下的非平衡流动与导热特性；主持中国博士后科学基金面上项目“微纳尺度流动和传热的动理学建模与模拟”。在Combustionand Flame，Physicsof Fluids, Physical Review E, Frontiers of Physics,  ComputerPhysics Communications, Soft Matter等发表研究论文10多篇；参与撰写专著《KineticTheory》一本；曾获中国工程物理研究院优秀毕业生、南京理工大学优秀博士毕业论文、郑州大学拔尖博士引进人才。2017年获第四届全国统计物理会议优秀张贴报告奖、2018年获得第15届全国物理力学会议优秀青年报告奖、2019年9月获得全国物理学秋季会议优秀墙报奖。2018年发表在Communicationsin Theoretical Physics的滑移流DBM建模被评为期刊当年十大亮点文章。

本工作主要内容也在第十一届全国流体力学会议上介绍过。