微流道內(nèi)粒子濃度對慣性遷移運動的影響.pdf

1、慣性效應廣泛應用于微流控芯片中的顆粒操控，實現(xiàn)顆粒的分離、聚焦、混合等操作。帶慣性遷移的微流動中，粒子受到了沿主流動方向拖拽力，從而加速至和周圍流體同樣的速度，同時在垂直于主流動方向慣性升力的作用下橫向遷移至動力學意義上的平衡位置。現(xiàn)利用Ansys fluent有限元軟件對顆粒在微通道內(nèi)的慣性效應進行數(shù)值模擬，采用Euler-Lagrange法對菱形微管道內(nèi)的顆粒進行數(shù)值模擬，該模型將液相作為連續(xù)相，將固相顆粒作為離散相。在Euler坐

2、標下考察流體相的運動，在Lagrange坐標下考察顆粒群的運動，即顆粒群軌道模型。得出粒子在菱形微通道內(nèi)慣性遷移的狀態(tài)及發(fā)生遷移的時間，并且探討顆粒遷移狀況與濃度之問的關(guān)系。
　　本文通過前置軟件gambit進行三維模型、仿真條件的建立，通過比較與分析低顆粒濃度(第一次仿真)與高顆粒濃度(第二次仿真)的顆粒分布情況，總結(jié)出顆粒的遷移狀態(tài)和微管道內(nèi)顆粒濃度的關(guān)系。顆粒在微管道中受到FB(浮力)、FD(流體對顆粒的曳力)、FG(重力)

3、，F(xiàn)L(慣性升力)，F(xiàn)V(虛擬質(zhì)量力)，F(xiàn)C(顆粒之間的碰撞力)。其中對慣性效應起主導作用的是慣性升力。本文主要利用Fluent內(nèi)的離散相模型(DPM)來分析粒子的軌跡，并且得到粒子在微流體慣性力的作用下側(cè)向聚焦的的位置，由于DPM模型未考慮粒子在流體內(nèi)的慣性力作用，必須利用UDF自定義慣性力及相關(guān)參數(shù)。
　　研究表明，在較少顆粒數(shù)目情況下，遷移現(xiàn)象明顯并且遷移狀態(tài)穩(wěn)定；在連續(xù)加載顆粒情況下，隨著顆粒濃度的增加，顆粒的遷移運動越來