2 锯齿角度α对惯性微流聚焦的影响

锯齿角度（α）分别为45°、60°、75°、90°和120°，粒子聚焦行为如图2所示。图2（a）中通道出口处粒子的位置可以发现，角度越小的锯齿形通道中的粒子聚焦效果越好，而随着角度的增大，粒子的聚焦状态会逐渐开始扩散。这是因为锯齿形通道中锯齿角度的减小，相当于蛇形通道通中曲率的增大，而曲率半径是曲率的倒数，曲率半径减小。曲率半径越小，通道内的二次流动越强。因此，锯齿形通道的锯齿角度越小，相同通道雷诺数Re_C下的二次流动越强，粒子受到的Dean曳力也越大，也就越靠近通道中心处，这是造成小角度锯齿形通道聚焦效果好的主要原因^[11]。此外，在保持通道总体长度不变的情况下，锯齿角度小的通道拥有比锯齿角度大的通道更多的单元周期数，粒子在经过方向相反的惯性升力反复作用之后，稳定在通道中心线附近，从而更加容易达到稳定的聚焦效果。 进一步观察图2（b）各个通道转角处横截面的流场可以发现，在小角度通道的转角处存在不参与主流流动的涡旋区，但随着角度的增大，涡旋区会逐渐减小，在90°锯齿形通道中已基本不存在涡旋区。同时结合图2（c），观察到通道转角处流速的最大值靠近内侧壁面，由于剪切梯度升力的方向是从速度最大值处即内侧壁面指向速度较低的一侧即外侧壁面。而角度越小的锯齿形通道，其内部的流体速度最大值越大，粒子受到的剪切梯度升力也越大。从图中可以看出45°通道内流速的最大值约为3m/s，60°通道内的约为2.5m/s，随着角度的继续增大，流速最大值会下降至2m/s并保持在此水平。因此，从聚焦效果来看，角度越小的锯齿形通道，粒子经过转角时所受到的指向通道外壁的剪切梯度升力与Dean曳力的合力越大，并在连续方向相反的合力作用下聚集成窄带^[12]。