DLD分离性能的直接数值研究
确定性侧向位移分离技术(DLD)是近几年出现的一种基于颗粒尺寸，可以连续、高效分离微纳米尺度颗粒的新技术，该技术被广泛应用于血液细胞等生物颗粒的分离检测中，并表现出良好的性能。目前关于该技术国外已经开展了较多的实验研究和数值研究，但是关于弹性颗粒的变形、形状和取向等对颗粒分离直径的影响研究较少。本文通过高精度直接数值模拟方法（DLM/FD:任意拉格朗日乘子/虚拟区域法）研究弹性颗粒在DLD中的运动，分析颗粒属性对DLD分离性能的影响，包括:颗粒变形特性、颗粒形状、颗粒取向。并研究了柱列参数（几何布置参数和柱列形状）对颗粒运动的影响。论文工作主要分为以下四部分: 首先，讨论了数值模拟的人工边界条件问题。由于实际问题的柱列较多，要模拟与实际情况相同数量的柱列计算量巨大。本文通过对比研究:在固壁边界下不同侧向数量的圆柱以及周期性边界下较少侧向数量的圆柱内部流场，发现:上下壁面采用周期性边界条件可以在保证精度的前提下大大减小计算量。 其次，验证了数值模拟方法在此问题上的计算精度。验证过程主要分两块:其一是网格敏感性分析;其二是通过计算刚性颗粒在DLD中的分离半径，并与现有实验结果进行对比来验证数值方法的精度。本文首次通过数值计算得到了与实验结果相吻合的刚性颗粒的临界直径。 再者，模拟了颗粒属性（柔度、形状、取向）对DLD分离性能的影响。研究了不同柔度下的球形均质弹性体和球形液囊体的运动，研究结果发现:当颗粒柔度小于一临界值时，柔度越大（变形越大），颗粒越容易做侧向偏移运动，临界分离直径越小;当柔度超过临界值时，颗粒变形越大，颗粒反而越容易做“之”字运动，临界直径增大。还研究了不同初始形状和取向的椭圆液囊的运动，发现颗粒越细长临界分离半径越大，颗粒初始取向对颗粒分离运动影响很小。 最后，研究了柱列参数的影响。分析了柱列几何布置参数:Sx/Sy、Lg/Dp对流场和颗粒分离直径的影响，发现Sx/Sy对颗粒的分离半径影响较大，Lg/Dp对DLD分离效率影响较大;分析了三角形柱列的分离特性，结果显示:柱列形状对颗粒分离临界半径有着较大的影响。
确定性侧向位移分离技术;虚拟区域法;弹性颗粒;柱列参数;临界直径;分离性能;数值模拟
浙江大学
硕士
流体力学
余钊圣
2013
中文
Q2-33;TQ028.8
66
2014-07-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）