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随着科学技术的迅速发展,微流控技术越来越广泛的应用于粒子的收集和精准操控。热驱动方式在粒子收集和操控技术中已经被证明是适用且高效的,而热浮力流就是其中一种。热浮力流的诱发方式有多种,其中利用微电极加热的方式具有热源容易获得、操作原理简单等诸多优点且在粒子定比例收集方面,该方式的研究和应用较少。因此,本文研究了基于热浮力流作用的粒子定比例收集机理以及开展了部分实验的研究,可为快速实现多级浓度实验试剂提供一种新的解决方案。首先,通过对热浮流模型的传热分析,阐述了热浮力流模型中热量的产生和传递过程,建立了模型中固体和流体部件的温度分布方程,进而分析流体作用力,利用斯托克斯公式和流体连续性方程建立了流体流速方程,进一步阐述了热浮流的形成和热浮力流作用下粒子捕获的三个过程。此外,通过对单个粒子的受力分析,利用牛顿第二定律确定了粒子在不同捕获阶段的动力学方程,并且通过对粒子在流体内的通量变化分析,利用欧拉法建立了粒子群运动的微分方程。然后,设计了热浮力流微流控芯片的结构,利用COMSOL Multiphysics软件对电极形状与尺寸参数进行仿真,分析了不同电极形状与尺寸参数对流体温度与流速分布的影响,确定了电极采用长方形缠绕形状,能够实现粒子聚集于电极中心区域。其次,结合实验室加工条件,确定了芯片的加工过程,针对改变电极结构对粒子定比例收集的探究,制作了比例电极面积的微流控芯片,初步探究了电极面积对粒子收集速度的影响,确定了不同电极面积具有相同的热功率且具有不同的热量集中度,将对流体内流速产生影响。最后,通过对多电极耦合情况的仿真,分析了电极连接方式、电极间距、电压大小对流体内温度和流速分布的影响。文章最后提出了一种多电极粒子定比例收集方案:先平均收集粒子再调节电压迁移粒子群。利用COMSOL Multiphysics对该方案进行仿真验证,通过对1:1、1:2和1:3的定比例仿真分析,从仿真层面验证了该方案的可行性。