惯性微流中粒子与流体交互行为研究

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惯性微流控技术被广泛应用在医学、化学、生物和环境等领域,因此,对其机理惯性迁移效应的研究也得到广泛关注。当前,研究主要集中在流体对粒子惯性迁移行为的影响,很少涉及粒子对流体的影响。本文采用流固耦合模拟方法,研究中等雷诺数下不同阻塞比粒子在粒子与流场交互作用下的受力情况,并研究粒子周边流场结构的变化。研究各种阻塞比粒子对其周边流场结构和压力分布的影响。随着阻塞比的增大,粒子下游的回转流线逐渐转变为涡流。同时,粒子由原先的超前于其中心处泊肃叶流流体变为滞后于同一位置处流体,从而使粒子受到的马格努斯力随着阻塞比的增大而转向。比较由自转引起的马格努斯力和粒子所受横向净升力,发现当阻塞比a/H≥0.2时,马格努斯力比横向净升力增大得快,最终使马格努斯力大于横向净升力至少一个数量级。这表明在中等雷诺数下,马格努斯力对大阻塞比粒子的横向迁移做出极大贡献。因此,本研究有助于更深入地理解惯性微流中的力学机理,以便设计更高效的微流控芯片。
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