弯曲方形管道中小颗粒惯性迁移的动力学

微通道在微流控应用中因控制和分离微液滴与细胞而广为人知。流动中的物体常经历惯性效应，导致动力学偏离底层通道流动动力学。本文考虑悬浮于流经具有方形横截面的弯曲管道流动中的小中性浮力球形颗粒。颗粒经历由沿管道主流扰动引起的惯性升力，以及横截面中次级涡旋的拖曳力，二者共同驱动颗粒在横截面内迁移。我们构建了一个简化模型，其保留力场的核心拓扑但依赖于单一参数$\kappa$，量化两力的相对强度。我们表明$\kappa$是描述颗粒在管道横截面中运动的动力系统的分岔参数。在$\kappa$较大时，在管道上下两半各存在一个吸引极限环。在$\kappa$较小时，我们发现颗粒迁移至四个稳定焦点之一。在这些极值之间，存在$\kappa$的中间范围，此时所有颗粒迁移至单一稳定焦点。注意到极限环和焦点的位置随$\kappa$值变化，该行为表明，对于合适的颗粒混合物，可选择管道弯曲半径按尺寸分选颗粒。我们评估了在唯一稳定节点附近聚焦颗粒所需的时间和轴向距离，其决定了颗粒分选所需的管道长度。