1、由于目前手性藥物和生物制劑的分離制備中廣泛存在生產(chǎn)效率低下、高污染和高能耗等問題，本研究試圖采用微流控技術(shù)設(shè)計(jì)出一種具有大通量分離能力的微型分離單元，稱之為“微篩”。微篩裝置依托于微機(jī)電技術(shù)(MEMS)，其基本結(jié)構(gòu)由刻蝕在硅晶片和石英等基體上的微尺度流道組成，通過流體動(dòng)力學(xué)作用可使流經(jīng)微通道的不同組份產(chǎn)生遷移速度差，從而實(shí)現(xiàn)無堵塞、大通量和可調(diào)控的分離制備。但是由于此類流道尺度微小，在局部位置流動(dòng)會(huì)呈現(xiàn)明顯的稀薄效應(yīng)，以致于傳統(tǒng)的分析設(shè)

2、計(jì)方法不能指導(dǎo)此類裝置的設(shè)計(jì)。 本論文旨在探索一種適用于微篩裝置內(nèi)部流場(chǎng)分析的數(shù)值模擬方法以指導(dǎo)微流道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該裝置中的流動(dòng)具有以下特點(diǎn)：連續(xù)流動(dòng)與稀薄流動(dòng)并存；流動(dòng)介質(zhì)多為固液兩相流和多相流；分離過程中常伴隨電磁及化學(xué)作用等。針對(duì)此類流動(dòng)特性，本論文提出了一種基于光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)(SPH)和直接模擬蒙特卡洛法(DSMC)的跨尺度耦合算法以求解連續(xù)流動(dòng)與稀薄流動(dòng)相耦合的跨尺度效應(yīng)問題。該方法的突出優(yōu)點(diǎn)在于，兩種子方法均為基

3、于物理模擬的非定常粒子算法，易于耦合計(jì)算復(fù)雜的流動(dòng)問題，并且可以方便地實(shí)現(xiàn)三維問題的模擬。 論文中首先給出了SPH方法和DSMC方法分別模擬連續(xù)粘性不可壓流動(dòng)和過渡流區(qū)域流動(dòng)時(shí)的控制方程組和邊界條件的實(shí)現(xiàn)方法，在此基礎(chǔ)上確定了耦合方法的計(jì)算流程和相關(guān)的技術(shù)細(xì)節(jié)，并采用Fortran語言編寫了兩種子方法的計(jì)算程序。本文還主要論證了SPH方法用于化工分離流動(dòng)模擬的可行性，自主編程并進(jìn)行了一系列數(shù)值計(jì)算。首先用標(biāo)準(zhǔn)算例驗(yàn)證了SPH方法

4、的理論模型和計(jì)算程序的準(zhǔn)確性；通過比較確定選用五次樣條核作為計(jì)算低雷諾數(shù)下的粘性連續(xù)流動(dòng)時(shí)的核函數(shù)；采用SPH方法和有限體積法分別對(duì)同一管道流動(dòng)進(jìn)行了對(duì)比計(jì)算，證明了本文提出的邊界緩沖區(qū)方法在實(shí)現(xiàn)SPH方法中的流體邊界條件時(shí)的有效性，解決了SPH方法模擬管道流動(dòng)時(shí)的一個(gè)關(guān)鍵問題；巧妙地使用SPH方法對(duì)化工分離流動(dòng)中常見的固液兩相流及固液耦合作用進(jìn)行了模擬嘗試，獲得了較好的結(jié)果；在跨尺度計(jì)算方面，目前兩個(gè)子程序已經(jīng)能夠分別模擬連續(xù)的和稀薄