随着我国微小卫星研制的大力发展,作为微推进系统关键部件的微喷管研究成了重要的研究课题之一,对微喷管内流场稀薄气流的模拟分析是微喷管设计和性能改善所需要解决的关键问题。微尺度喷管流动特性的研究对微型空间推进器及微机电(MEMS)动力系统的设计和性能改进具有极其重要的指导意义。本文针对国外研制的微推进系统所用典型微米级喷管,对稀薄气流在微喷管内的流动性能进行了建模和仿真分析。稀薄气体的流动是一个复杂的稀薄气体动力学问题。由于气流密度小,工作部件微型化,气体分子的平均自由程与喷管的特征尺寸在一个量级,这使得气体流动在物理上变成高非线性、高耦合性的微分积分方程,因此数学解析求解变得异常困难。在综合考虑了稀薄气体动力学问题各种解法和本课题实际研究的基础上,本文采用直接模拟蒙特卡罗方法(DSMC)对微喷管内流场进行建模和计算,并分析了各种工况下的内流场变化。首先,考虑变化压力,分析微喷管流场各项参数的变化,得出其对微喷管性能的影响。其次,变化来流气体温度,研究粘性效应的变化,分析推力、推力效率受温度影响的变化规律。最后,对比分析不同喉部尺寸的影响,为微喷管外形设计提供参考。本文根据DSMC方法和所选用的各种模型,编写了微喷管内流场计算的仿真程序。通过对大量不同工况的微流动过程进行仿真,研究了微尺度喷管的流动特性,同时验证了本文所建模型的有效性。