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在医疗诊断和药物筛选中,颗粒分离和提高颗粒的浓度至关重要,微流体惯性效应的精确控制可以以高的颗粒通量来实现,譬如血浆提纯,颗粒分离,提取循环肿瘤细胞,细胞浓缩,致病菌检测等。受传统软光刻加工方法的限制,目前广泛使用的微通道分离设备多为2D平面结构。针对微通道内颗粒的受力特点,利用Fluent的UDF模块编制惯性升力计算程序,建立了2D单螺旋微通道数值分析模型,并与二元和多元介质实验测得的颗粒运动数据进行对比;在此基础上,对影响2D单螺旋微通道内颗粒分离性能的关键参数,如颗粒相对尺寸k、雷诺数Re以及通道曲率比δ进行了研究,结果表明:本文建立的数值模型计算结果与实验趋势符合较好,验证了数值模型的准确性。在雷诺数为Re=4.45,颗粒相对尺寸大于0.07时,颗粒更容易实现聚焦。当雷诺数小于270,颗粒相对尺寸为0.22时,随着雷诺数增加,颗粒的稳定位置由通道中心附近逐渐向内壁面靠近;当颗粒尺寸为0.1时,随着雷诺数的增加,颗粒的稳定位置呈现先靠近内壁面,然后再逐渐靠近外壁面的趋势。针对2D微通道自身曲率变化引起颗粒分离不稳定的问题,利用最新的软管微通道技术,设计了3D螺旋微通道;利用数值分析方法对设计的3D螺旋微通道内颗粒运动过程进行详细分析,获得了不同流速下10μm和25μm颗粒的聚焦过程;最后,利用新加坡国立大学Kong fang课题组的实验结果对颗粒的分离性能进行了验证。结果表明:本文设计的9环3D软管微通道能够实现10μm和25μm颗粒的高通量和高效分离;随着雷诺数的增加,直径为10μm颗粒的稳定位置由通道中心附近向内壁面靠近,然后雷诺数大于106时,颗粒向外壁面靠近;直径为25μm的颗粒随着雷诺数的增加,从通道中心向内壁面靠近;实验中,当雷诺数等于106时,10μm和25μm的颗粒分离效果最佳。