微流控芯片內(nèi)不規(guī)則顆粒操控的數(shù)值模擬研究.pdf

1、西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文微流控芯片內(nèi)不規(guī)則顆粒操控的數(shù)值模擬研究專業(yè)：供熱、供燃氣、通風(fēng)及空調(diào)工程碩士生：胡靜指導(dǎo)老師：張鴻雁教授崔海航副教授摘要微流控微芯片可以針對懸浮于微量流體中的微細顆粒物進行操控和分析，由于器件特征尺度已降至微納尺度，使得顆粒操控的分辨率與可靠性大幅提高，在均質(zhì)球形顆粒研究方面取得了很大成功，特別是在以單顆粒操控為基礎(chǔ)的顆粒個體差異研究方面。然而，自然或人為制造的非均質(zhì)、非球形微細顆粒更是廣泛存在，典型代表如

2、紅細胞、Janus顆粒、碳納米管、啞鈴形顆粒系統(tǒng)等，它們在形狀、材料構(gòu)成、連接形式等方面的特異性將使其操控難度大增。研究這些復(fù)雜顆粒物在微流控芯片中的流動及在外加物理場（電磁場、溫度場等）下的力學(xué)響應(yīng)是提高操控能力的基礎(chǔ)?，F(xiàn)有常規(guī)的CFD或多物理場數(shù)值模擬平臺大都基于EulerLagrange方法，在流場模擬后引入顆粒相，顆粒相的力學(xué)模型多以均質(zhì)球形顆粒為基礎(chǔ)然后加以不同的修正，這一方法的精度在大量顆粒的輸運研究中可以接受，但對于主要取

3、決于顆粒自身姿態(tài)的單顆粒操控則無法獲得滿意的結(jié)果。鑒于此，本文以ComsolMultiphysics多物理場模擬平臺為基礎(chǔ)，建立了針對表面特性不規(guī)則顆粒和形狀不規(guī)則顆粒的數(shù)值模擬方法。對于表面特性不規(guī)則的Janus顆粒，本文建立顆粒動力學(xué)模型，通過分析Janus微球的運動過程，建立了包括隨機布朗力、布朗力矩、自驅(qū)動力及Stokes阻力在內(nèi)的顆粒動力學(xué)模型，通過數(shù)值模擬手段研究了兩種粒徑（1μm、2μm）不同自驅(qū)動強度下Janus微球的運