微流道內(nèi)粒子濃度對(duì)慣性遷移運(yùn)動(dòng)的影響.pdf

1、慣性效應(yīng)廣泛應(yīng)用于微流控芯片中的顆粒操控，實(shí)現(xiàn)顆粒的分離、聚焦、混合等操作。帶慣性遷移的微流動(dòng)中，粒子受到了沿主流動(dòng)方向拖拽力，從而加速至和周圍流體同樣的速度，同時(shí)在垂直于主流動(dòng)方向慣性升力的作用下橫向遷移至動(dòng)力學(xué)意義上的平衡位置。現(xiàn)利用Ansys fluent有限元軟件對(duì)顆粒在微通道內(nèi)的慣性效應(yīng)進(jìn)行數(shù)值模擬，采用Euler-Lagrange法對(duì)菱形微管道內(nèi)的顆粒進(jìn)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(biāo)下考察流體相的運(yùn)動(dòng)，在Lagrange坐標(biāo)下考察顆粒群的運(yùn)動(dòng)，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(shí)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(jìn)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(duì)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(duì)慣性效應(yīng)起主導(dǎo)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(yùn)動(dòng)越來