在介电泳颗粒操控过程中，大数量的密集颗粒由于距离过近，受到电场极化后会发生介电泳相互作用，形成链式结构或者聚集成团，这种相互作用会影响到颗粒分离效果。另一方面，颗粒介电泳相互作用以及成链特性可以应用于颗粒装配技术，在微制造、环境健康、新材料等领域有很多新的应用前景。如何准确高效地分析计算密集颗粒在电场中的介电泳相互作用是当前一个热门的研究课题。麦克斯应力张量法(MST)是理论上最严格的颗粒介电力算法，但是计算量巨大，且数值误差和不确定性难以控制，目前只能用于计算二维电场中少数几个颗粒的相互作用。迭代偶极矩法(IDM)是当前模拟大数量密集颗粒介电泳相互作用的最新算法，无需复杂的数值计算，应用简单且具有较高的精度。本文利用MST法和IDM法，对二维和三维电场中，密集颗粒群的介电泳相互作用的本质特征进行了计算模拟，重点研究了交变电场频率对颗粒介电泳相互作用,以及颗粒成链成团特征的影响。论文完成如下工作:　　论文研究了二维均匀直流(DC)电场中颗粒的介电泳相互作用。采用有限元模型和任意拉格朗日-欧拉法(ALE)算法对电场-流场-颗粒运动进行了全耦合动态计算模拟，论文对同类颗粒，异类颗粒，以及不同尺寸颗粒的受力和相互作用运动轨迹进行了计算分析。比较了不同颗粒-溶液介电常数比,不同颗粒尺寸等因素对颗粒速度、运动轨迹、成链特征和成链时间的影响。研究结果表明，同类颗粒总是形成平行于电场的颗粒链，异类颗粒总是形成垂直于电场的颗粒链,颗粒链为正负介电泳颗粒交替排列结构。　　论文分别采用MST法和IDM法研究了二维均匀交变(AC)电场中颗粒介电泳相互作用的频率效应。研究发现，两种方法具有较好的一致性。采用MST法对两个颗粒在不同频率下的内部电场分布、表面应力分布、运动轨迹和成链规律进行了计算和分析。并对颗粒在运动过程中的相互作用力的变化,以及颗粒旋转运动的机理进行了分析。研究表明，通过调控电场频率可以让颗粒在正负介电泳之间转换，正介电泳颗粒表面受到拉应力，负介电泳颗粒表面受到压应力。论文采用IDM法对四个，五个和二十个颗粒的介电泳相互作用进行了研究。研究表明，多颗粒成链形态与颗粒的初始位置分布,电学属性(介电系数,电导率)，以及电场频率有关。颗粒初始位置的微小扰动会大大改变最终的颗粒链形态。在不同的频率下，随机分布的大数量密集颗粒能够形成多个长短不一的颗粒链,颗粒链的基本特征不变,同类颗粒链平行于电场,异类颗粒链垂直于电场。　　论文利用IDM方法研究了分布于同一平面上的大数量密集三维球颗粒在垂直于颗粒平面的交变电场(AC)中的介电泳相互作用行为。研究发现，在垂直于颗粒平面的电场作用下，同类颗粒相互排斥不成链，最终形成等间距的颗粒结构。异类颗粒相互吸引,形成长短不一的多个颗粒链。颗粒大小、初始位置、电场频率以及芯片边界都对颗粒运动和成链特征具有重要的影响。在圆形边界的芯片中，分别考察了低频、高频和过渡频率对颗粒介电泳相互作用的影响，并讨论了频率调控改变颗粒相互作用和成链特性的一般性规律。　　论文提出了一种大数量密集颗粒在流体中缓慢运动时的流体阻力迭代修正法。通过对局部流场进行迭代修正，得到了包含颗粒之间相互影响的流体阻力，同时避免了求解N-S方程数值计算带来的巨大计算量和不确定性。与传统的Stokes阻力对比发现，迭代修正的斯托克斯阻力提高了流体阻力的计算精度，应用简单方便，可用于大数量密集颗粒相互作用时的流体阻力计算，不改变颗粒介电泳相互作用基本特征和最终颗粒链的结构形态。　　论文结合电场调控电渗流微涡旋和介电泳技术，设计了一种可连续性分离颗粒的芯片装置。文中对新装置的颗粒分离过程进行了数值分析，并对各项参数进行了优化设计。在微涡旋和介电力的共同作用下成功地实现了不同尺寸的负介电泳颗粒的连续分离。文中对驱动电压、调控电压、电极长度以及微通道宽度等因素对颗粒分离效率和通道流量的影响进行了详细的分析和讨论。研究表明，通过多参数的优化组合，论文提出的新型芯片可以得到很好的颗粒连续分离效果。