微通道内流速测量不仅是探索微尺度下流体传输机理的基础,而且对于研究微流体的精准操控、构建复杂的离体生物力学微环境、控制生化反应过程等都具有重要意义。常用的侵入式测量手段对于待测流场有一定干扰,因此基于粒子的、基于标量的和基于点检测扫描的三类非侵入式测量手段成为了当前的研究热点。然而,基于点检测扫描的测量手段对于光学系统的要求十分严格,涉及到的设备成本高昂;基于粒子的测量手段受示踪粒子跟随性影响,所得结果无法保证是流场的真实速度;基于标量的测量手段从守恒标量的观测中获取速度,不存在由于粒子尺寸带来的流场干扰和跟随性误差,但是目前该方法都应用于以对流为主的高雷诺数运动,忽略了扩散项的存在。而在微通道内低雷诺数层流情况下,标量图像的时空分布必然受流体对流-扩散的共同作用,其与流场之间的耦合关系变得相对复杂,如何依据标量场的时空分布确定微通道内的流体流动信息及其相关影响因素尚有待于进一步研究。本论文采用理论分析、数值仿真以及实验验证的方式,阐明了扁平微通道内时空浓度分布与高度方向上平均流速之间的耦合关系,提出了基于时空浓度分布确定扁平微通道内平均流速的方法。首先,对流体由入口端均匀流入和由小孔流入两种情况下的扁平微通道内流动控制方程和Taylor-Aris弥散方程进行理论推导,建立时空浓度分布与平均流速之间的定量关系,将浓度解析解与数值解进行比较,验证了有限差分法求解微通道内时空浓度分布的准确性,后续针对反演速度提出两种不同的计算方法。其次,对扁平微通道内的时空浓度分布和反演速度结果进行仿真分析。对平均速度的空间变化规律及不同边界条件下形成的时空浓度分布进行研究,比较两种反演速度的计算方法,证实优化算法的优越性,后续针对优化算法的计算性能、鲁棒性、初始值要求以及噪声条件下的影响因素分别进行研究。最后,通过实验验证本文方法的可行性。设计并制作符合实验需求的微流控芯片,阐述流体加载模块的工作原理及具体实现方式并构建微流控实验平台,进而开展实验验证工作。实验结果表明,运用本文方法获得的微通道内平均流速与流量传感器测量计算结果及COMSOL仿真结果之间的误差在5%以内。综上所述,本论文提出的基于时空浓度分布确定扁平微通道内平均流速的方法易于实现、精度较高,是一种行之有效的平均流速测量手段。