随着MEMS等微型设备的快速发展,微尺度流动和传热问题越来越受到人们的关注。MEMS内部流动的特征尺度变化剧烈,流动可覆盖多个流动领域,流体除了会出现速度滑移、温度跳跃和热蠕等稀薄效应外,还具有雷诺数低,粘性效应明显等特点,这些特点为微尺度流动的数值研究提出了挑战。离散速度方向(DVD)模型是一种简化Boltzmann方程的动力学方法,能够比较准确和高效地模拟低雷诺数的微尺度流动和传热问题,但目前该方法仅适用于平直的壁面结构,无法应用于弯曲的表面。针对这一不足,本文提出了一种适合弯曲表面的边界条件,拓展了 DVD模型的适用范围,在此基础上开发了并行计算程序,数值模拟了气体在微型正弦波纹通道中的流动特性。主要工作内容如下:首先,建立了 DVD模型的曲线边界条件,将模型的适用范围从平直几何结构拓展到了任意弯曲几何结构。工作内容主要分为两方面,一是对DVD模型的控制方程进行了坐标变换,获得了曲线坐标系下DVD模型的控制方程组;二是提出了一种分子在弯曲几何结构上的反射形式,即分子在弯曲结构上反射时,各个反射方向上的分子数量不再均等,而是由壁面角度参数决定。基于该反射形式推导了分子数密度在弯曲几何结构上的一般表达式。其次,基于原模型的串行程序,采用FORTRAN+MPI的并行语言开发了并行计算程序。充分考虑了 DVD模型分子运动方向数量维度与位置空间维度之间相互独立特点,将该模型的并行计算建立在前一维度上,这与传统的parallel CFD在后一维度上的并行方式不同,相比而言它有三个方面的优势:一是以更少的程序修改量来实现并行程序设计;二是提高程序的可维护性,当改进方程的离散格式时,可以避免重新设计并行程序;三是每个线程的几何计算区域完全相同,因此每个线程的计算量也几乎相同,从而减少了并行计算过程中CPU的等待时间,提升了并行效率。最后,基于并行程序数值计算并系统分析了气体在正弦波纹表面的微通道中的流动特性。通道类型分为两种,一种是对称波纹通道,即上下壁面的相位差为180°,另一种是蛇形波纹微通道,即相位差为0°。研究了两种通道中Kn数变化(0.02<Kn<2.26),振幅比变化(0～0.2)以及波长比变化(6～8)对通道内流体壁面滑移速度,摩擦系数,摩擦常数(Po数)以及流量的影响。研究发现,在对称波纹通道中,随着Kn数的增加滑移速度以及摩擦系数会随之增加,Po数逐渐降低,而无量纲质量流量先降低后升高,在Kn=l附近存在无量纲质量流量极小值;随着振幅的增加或者波长的减小,无量纲质量流量降低而Po数增加。而在蛇形波纹通道中,Kn数对这些宏观参数的影响规律与对称波纹通道的情况基本一致;在其它条件相同的情况下,与对称波纹通道相比蛇形通道的摩擦因子更大,摩擦常数更小,而流量基本相同;固定Kn数时,振幅比和波长比变化对各个宏观参数的影响非常小,虽然振幅比的增加会使流量增加,但增加的幅度均小于6.0%。