在管道泊肃叶流动里,悬浮颗粒与流动相互作用,会由于流体惯性力作用导致颗粒有序迁移和聚集现象,从而自动实现颗粒的分离、移除或者处理。在当前快速发展的微流控领域里,利用颗粒的惯性聚集行为可以实现低成本、高效率的颗粒被动筛分技术,具有广阔的应用前景。颗粒在管道中的输运属于多相流动,除了在极小雷诺数下将惯性作用线性化后能够利用渐近展开法得到近似解,对于工程应用中有限雷诺数下的颗粒输运问题目前还没有理论解。另外,实验观察难以获得颗粒和流场全时空的物理信息。得益于计算机技术和数值方法的快速发展,近年来各类数值方法已经被用来研究惯性迁移,并取得了一定进展。本文采用格子玻尔兹曼方法,对中性悬浮球形颗粒在不同壁面几何形状的管道中的输运过程进行直接数值模拟,获得流场和颗粒的全时空信息。本论文的特色是系统模拟和比较单颗粒、双颗粒和多颗粒在圆管、槽道、方管和矩形管中的输运过程,从而从应用角度更全面地理解颗粒惯性迁移的流体力学机理。本文首先研究了单颗粒在不同壁面形状、雷诺数、颗粒尺寸中的惯性迁移特点。其次对双颗粒在管道流动中的相互影响进行研究,发现在平衡位置的平面内,双颗粒由于颗粒尾流而发生的横向迁移后对齐成链和颗粒轴向距离趋于定值的现象。最后在双颗粒基础上进一步模拟了多颗粒输运过程,分析了多颗粒在管道流动中对齐并形成轴向距离一致的链条的原因。在这些数值模拟过程中,研究了管道雷诺数、颗粒阻塞比、颗粒体积分数等对颗粒惯性迁移和聚集的影响。研究发现多颗粒成链现象随着雷诺数增加变得更加明显。一个有趣的发现是,在轴对称的圆管里颗粒惯性迁移的轨迹在横截面投影是直线,但是在矩形管中颗粒惯性迁移的轨迹在横截面投影可以是一条曲线;造成曲线轨迹的原因和颗粒旋转角速度因流场缺乏对称性而发生较为微妙的变化有关。以上结果为微流控技术中的被动颗粒筛分技术设计提供了理论指导。本论文的另一个工作是独立推导出矩形管道单相层流的非定常理论解,为矩形管道层流直接数值模拟提供了验证基准。