近年来,基于微流体中颗粒自组织输运的操控手段已被证实为一种操控颗粒的有效技术,并被广泛应用于微流控系统中颗粒/细胞的分离、富集及检测等操作。该方法具有操作简单、稳定性好及无需外场等诸多优点,已成为惯性微流控技术领域的一个研究热点。对于惯性微流控芯片,全面掌握颗粒在自组织输运中的行为特征及背后机理是其设计成败的关键。有鉴于此,本文对微通道内颗粒的自组织输运开展了三维直接数值模拟研究,主要研究内容及成果如下:（1）数值模型的构建。基于浸入边界-格子Boltzmann方法,构建了可精准再现流体-颗粒间动量交换的微尺度液-固两相模型,该模型使用两套独立的网格分别模拟流体与颗粒,可高效捕捉液-固界面的移动。同时,通过引入颗粒-通道壁面间液膜层最小网格数的概念,消除了模拟中出现的颗粒振荡的虚假现象,成功实现了对大范围雷诺数下大颗粒自组织输运及其周围微观流场的准确模拟,为后续研究奠定了基础。（2）单颗粒横向迁移动力学行为研究。通过模拟不同尺寸单颗粒在方形微通道内的横向迁移过程,揭示了颗粒横向平衡位置随雷诺数增大先靠近后远离通道壁面的规律,这一变化趋势的转折点发生在雷诺数为100～200之间,且随颗粒尺寸的增大,转折点有向低雷诺数转移的趋势。此外,定量研究了颗粒对周围流场的影响,定义了衡量颗粒影响范围的临界长度Lc,通过拟合不同尺寸颗粒在不同雷诺数下的影响长度Lc,首次提出了临界长度Lc的准则关联式,可用于指导模拟中计算长度的选取,从而消除因引入颗粒间相互作用带来的数值误差。（3）颗粒偶轴向有序排列动力学行为研究。通过数值重构方形微通道内颗粒偶轴向有序排列的全过程,揭示了同侧及异侧分布的颗粒偶不同的动力学行为。同时,通过与单颗粒横向迁移的对比发现,两种分布形式的颗粒偶轴向有序排列的过程均显著慢于单颗粒的横向迁移。其次,系统研究了大范围颗粒雷诺数及颗粒尺寸对颗粒偶轴向有序排列的影响,数值结果表明,存在一个颗粒偶稳定轴向排列的颗粒雷诺数范围,在该范围内,同侧分布的颗粒偶,其平衡后的轴向间距随着颗粒尺寸的增加而减小,随着颗粒雷诺数的增大先减小后增大,该变化趋势中的转折出现在颗粒雷诺数为6左右;异侧分布的颗粒偶,其平衡后的轴向间距随着颗粒尺寸的增加而减小,随着颗粒雷诺数的增大而增大。无论同侧还是异侧分布的颗粒偶,其颗粒尺寸越大,平衡后的轴向间距对颗粒雷诺数越不敏感。以上结论可用于科学指导惯性微流控芯片的设计。