微流控技术是指在微尺度下操作和控制复杂流体的技术,是在仪器科学与技术、微机电系统等学科基础上发展起来的新型研究领域。本文选取多种截面形状、尺寸、结构的微通道,基于流体连续性假设,采用数值模拟的方法对非牛顿幂律流体和血液流流动特性问题进行研究。首先,建立了不同截面形状的微通道三维模型,对微通道内非牛顿幂律流体进行数值模拟。研究表明,圆形截面微通道速度入口段长度最短,且随着幂律指数的增加非牛顿流体更快达到充分发展的状态;不同截面形状微通道内温度场分布规律大致相同,热量传递中心与截面中心位置相同,且微通道内温度场的分布由于尖角区域的影响,更易升温。然后,针对截面尺寸、结构等多种因素对微通道内非牛顿幂律流体流动影响问题,选取矩形截面微通道,采用数值模拟方法研究了矩形微通道内流动传热特性,讨论了矩形截面宽高比、水力直径、结构变化等因素带来的影响。研究发现,在截面宽高比相同的情况下,随着微通道水力直径的增加,整体压降降低,低温区域面积增加,最大温度值有所上升;在相同水力直径条件下,减小微通道宽高比,提升微通道传热能力,改善微通道内温度分布均匀性。最后,基于Carreau非牛顿流体模型对人体主动脉及其分支血管内血液流进行数值模拟,研究血液同弹性壁间单向流固耦合问题,对血管的变形情况、血流的动力学特性进行了分析。结果表明,动脉出入口以及分叉处是一个心跳周期内流速、压力以及壁面剪切力变化最剧烈的位置,也是一个心跳周期内最高压力、流速和最大形变出现的位置。因此,主动脉的出入口以及分叉处与心血管疾病病变的初始位置密切相关。研究结论对非牛顿幂律流体在多种微通道内输运机理及流动特性具有一定的指导作用,对非牛顿特性血液流在微通道内的血液动力学分析有一定参考意义。