微通道气体流动特性研究进展

赵继鹏，徐 涛，杨 兵

（兰州空间技术物理研究所，兰州 730000）

0 引言

1954年著名物理学家理查德·费曼在加州理工大学的演讲“There’s Plenty of Room at the Bottom”中首次提出了微型机械构想[1]。上世纪80年代末微电子机械系统（Micro Electronics Mechanical System，MEMS）问世。近年来随着材料科学与制造技术的不断进步，MEMS得以快速发展。伴随MEMS出现的微流量系统，包括微流量的传感、输送、检测和控制，通常由微型泵、微型阀和微型传感器构成，可控制微量流体的压力、流量和流动方向。微流量系统在多个领域均有广泛的应用前景，如航天领域微型发动机、电推进系统内流动控制，过程工业中流量精密控制、电子工业中微元器件散热和医疗行业中微量注射等。田立成等[2]在其研制的LHT-100霍尔电推进系统中大量采用了微流量控制阀，以保证电推进系统对流量精确控制的需求。电子工业中的微控芯片内部设置有各种微型通道和微型阀门，其功能是通过对通道内流体的精确控制，实现芯片上试样的分离分析[3]。人造器官内部的微型血管也是典型的微流道，作为体外再生大型组织器官血管化的基础，具有高的科研价值和社会效益[4]。

由于液体微尺度流动特征尺寸比液体的分子平均自由程大，因而有关微尺度液体流动的研究结果大多与宏观流动规律相吻合[5]。相对液体，气体在微尺度下的分子平均自由程大得多，已有研究发现，其微尺度效应非常显著，导致人们对气体流动研究结果的差异较大，且偏离经典流体力学理论。可见，研究微尺度下气体流动特性对于微流量系统下气体流动控制非常关键。……