三维涡旋流场中球形微粒的输运

粒子在生物和环境流中常见，广泛应用于工业和制药领域。它们的运动和流动动力学strongly受到与周围流结构相互作用的影响。虽然在低雷诺数（Re）流中以及在完全发展的湍流中已广泛研究了粒子-流相互作用，但这些粒子在中间流动范式中的输运机制仍较不熟悉。本研究我们考察了 neutrally buoyant 球形粒子对单个涡旋流场的响应。我们利用微流控十字槽几何结构生成在中等$\text{Re}$（$\sim 50$）下的一个良好表征、稳定的三维轴向涡旋。我们的实验结果得到支持于数值模拟，表明随着粒子直径的增大，这些粒子会逐渐从涡旋核心中被排除。最初，小粒子遵循Burgers涡旋类似的自相似运动，但对于较大粒子直径，由于流体惯性和有限尺寸效应，出现偏离此趋势。这些发现增进了对涡旋流中粒子动力学的理解，并对涉及粒子排序和分离的微流控应用具有意义。