近年来,使用基于颗粒惯性聚焦原理研制出的微流控芯片对生物微颗粒进行分离、纯化以及预处理获得极大关注和研究前景。通过对颗粒惯性聚焦进行模拟研究,有助于分析影响聚焦的因素,获得流体与粒子相互作用的细节信息,优化微流控芯片的设计。因此,利用数值模拟技术研究微通道中颗粒的惯性聚焦具有重要的理论意义和应用价值。本文采用浸入边界-格子Boltzmann方法对微通道中颗粒惯性聚焦机理进行模拟研究。首先利用格子Boltzmann方法建立周期性直通道,构造颗粒模型后采用浸入边界法模拟单个和多个颗粒与流场间的相互作用。对颗粒迁移聚焦模型进行了两方面验证:泊肃叶流验证与圆柱绕流验证,通过分析模拟结果,并与相关学者的研究成果比较,可以说明本文中的模拟方法非常适用于颗粒迁移聚焦的数值模拟。通过大量数值模拟,本文得到以下结论与成果:(1)在单颗粒模拟中,提出并验证了一个硬颗粒模型,为揭示颗粒聚焦行为,系统的研究了颗粒大小、可变形性和雷诺数对颗粒聚焦的影响。增大颗粒的大小、加强颗粒的可变形性、提高雷诺数,都会使颗粒的迁移平衡位置更加趋近于通道中心线。(2)在多颗粒模拟中,发现了一个有趣的聚焦现象:绑定聚焦。多个具有不同变形率的颗粒在直通道中迁移,并最终聚焦平衡在同一纵向位置,颗粒由单个颗粒的聚焦平衡态进入一个新的多颗粒聚焦平衡态。此外,多个具有不同大小的颗粒在通道中迁移也会受到绑定聚焦的影响。在绑定聚焦发生过程中,颗粒的横向迁移速度、旋转角速度以及内部压强均发生变化,并最终达到平衡态。此外,通过模拟发现,颗粒的数量以及颗粒大小也能影响多颗粒的聚焦平衡位置。(3)最后基于流体动量离散守恒方程,研究分析颗粒聚焦平衡的流体动力学机理,并解释绑定聚焦现象。通过力分析,有效地证明了流场动力学平衡对颗粒迁移、聚焦、平衡整个过程的影响。