随着微流控系统的快速发展,微通道内纳米流体传质传热在生物工程、材料工程和环境工程等领域受到了越来越多的国内外高校和企业研究者的关注。在细胞、病毒和药物等筛选方面,微通道内对细微颗粒的分选将成为很好的研究课题。同时,微通道内纳米流体的应用可以增强传统的换热效果,并且它的小型化等优势使得其研究和发展更有前途。首先,综述了国内外学者在微通道内的颗粒分选,从主动分选器和被动分选器两方面出发,分析了各个研究者在使用不同形式的分选器的优缺点。总结发现:对于颗粒粒径比较接近的分选器研究还不够深入,还有待进一步探索和研究。并且对于非磁性颗粒或者活性细胞分选研究还不够完善,有些外场分选操作步骤复杂且可能会出现灭活率。需要负磁泳分选技术来更好的实现,并且将负磁泳分选技术和惯性分选技术结合可以更好提高分选效果。在纳米磁流体传热方面,磁场的分布对流体传热的影响研究还不够多,还有待总结和研究。其次,介绍流体力学一系列基本方程,简要分析叙述微流体力学方程使用条件和数值模拟方法,并且对本文使用的两相流模型进行方法和边界条件上的介绍。最后对颗粒在流场中的受力进行分析,为后面的研究提供理论基础。然后,对负磁泳颗粒分选器使用仿真软件数值模拟,主要分析了磁铁数量、磁极选择、磁场强度、入口流速及入口流速比等因素对颗粒分选的影响。为了进一步提高颗粒的分选效果,研究设计了负磁泳与惯性耦合的收缩扩张通道,分析了磁场强度、收缩扩张比对分选的影响。最后对负磁泳惯性耦合分选芯片进行PIV实验,与数值模拟的结果进行比较。得出结论:3个磁铁和NSN排布时颗粒分离效果最好;在外加非均匀的磁场情况下,随着磁场强度的越大非磁性颗粒的侧向偏移距离越大,并且颗粒尺寸越大颗粒的偏转距离也越大,考虑实际情况和微通道尺寸,磁场强度在0.7×105A/m左右较为合理;随着入口流速的减小非磁性颗粒的分离效果有所提升,但是过小的样品液流率不利于生产率;随着流速比的增加,颗粒的带宽越来越窄,带间距也增大,综合考虑样品液流率,让带宽足够小,带间距足够大,将入口流速比定为4左右最为合理;分选通道采用收缩-扩张形有利于增大颗粒的侧向迁移距离,收缩-扩张比减小,颗粒带间距明显增大考虑到压降采用0.5左右的收缩-扩张比较为合理。最后,数值模拟了磁场对微通道内磁流体传热影响,分析了微通道内磁流体在有磁场和无磁场下、NSN和NNN排布、三磁铁单侧排布和双侧排布、双侧上下异极和上下同极、对应排布与交错排布下对微通道内磁流体局部换热系数的影响。最终得出结论:有磁场作用下可以提高磁流体的局部换热效果;双侧NSN排布的磁铁对磁流体换热效果更佳,且上下异极排列时所产生的局部换热更加稳定;交错磁场排布与对应磁场相比是在不改变整体换热系数趋势的前提下扩大了换热区域。