微尺度气体润滑中Van der Waals力的作用与DSMC方法研究

本文探讨了壁面与气体分子间的作用力对微尺度气体润滑性能的重要影响，特别是在间隙尺寸缩小到数纳米级别时。作者基于清华大学精密仪器与机械学系的研究，针对微尺度气体轴承设计了一项深入的理论与数值分析。他们采用直接模拟蒙特卡洛（DSMC）方法，这是一种用于模拟气体动力学过程的统计力学模型，结合考虑了分子在表面Van der Waals力作用下的运动。 Van der Waals力，是一种弱但普遍存在的分子间引力，对于极小间距的固体表面与气体分子之间的相互作用至关重要。研究者假设在微尺度气体轴承中，这种力对轴承性能产生显著影响，尤其是在轴承间隙中的分子分布上。通过DSMC模拟，他们发现表面力的强度和作用范围直接影响了气体分子的分布模式：吸引性的Van der Waals力使得分子倾向于在壁面附近聚集，而排斥力则导致它们远离壁面。 实验结果显示，未考虑表面力时的分子密度分布与考虑表面力后的分布有明显差异。这表明，在设计微尺度气体润滑系统时，必须充分考虑这些微弱但关键的力，以优化润滑性能，避免不必要的磨损和能量损失。这项研究不仅深化了我们对微观世界中气体润滑行为的理解，也为相关领域的工程应用提供了宝贵的科学依据。 关键词：Van der Waals力，DSMC方法，微尺度气体轴承，分子间作用力，气体润滑性能。文章的科学价值和实际意义在于，它为气体润滑技术的未来发展提供了一个重要的理论支撑，尤其是在纳米尺度设备的设计和优化中。