近年来,粒子操控技术在物理、材料、生物等领域展现出巨大应用潜力,为观察生物行为、物理过程提供了前所未有的研究视角。目前常见的操控手段主要通过激光、磁场、声场、电场产生基本的粒子约束力,但其中多数方法对粒子及周围介质有限制要求,并且需要相当复杂的实验系统,而基于流体动力的操控方法则不存在这些问题。考虑到常见的平面驻点流在操控粒子时存在拉压应力较大、势阱不稳定等问题,本文提出了一种基于偏心圆筒流的粒子操控方法,借助该流场全域可控、作用力温和、结构简单的特性,实现对流场粒子温和、精准和大范围的操控。本文首先以偏心圆筒流的速度解析解作为理论模型,分析偏心圆筒流场内的流动角度分布情况及其变化规律,结果表明,除x轴上的位置流动角度无法连续变化,流场的其他区域都具备任意流动角度的可控性。在此基础上进一步分析不同流场区域控制流动方向的难度,从而确定了偏心圆筒流中粒子操控的最优区域。最终构建了准定常流条件下的轨迹操控算法模型,并配合模拟仿真验证了不同轨迹的操控效果。随后按照实验操控方案设计了相应的实验系统,所开发仪器带有一个可视化模块,并配有相应的轨迹识别程序,可以实现粒子的位置识别及轨迹记录。通过该装置完成了不同轨迹的操控实验,并将操控结果与模型计算结果进行了对比分析,结果表明,无反馈的开环轨迹操控虽然也能起到一定的粒子约束效果,但实际运动轨迹与设定轨迹的偏差较大,轨迹操控效果并不理想。接着从仪器系统及操控方法两方面对操控误差进行了分析,使用模拟仿真在控制变量的条件下对各影响因素进行了定量评估,结果表明,粒子初始位置的识别误差造成的轨迹操控误差最大,不同流域流体的流动响应速度也会对轨迹操控造成明显影响。此外,内外筒实际转速波动虽小但将会对轨迹操控造成持续影响,而内外筒的径向跳动会导致流场会出现周期性的波动,同时还会影响偏心圆筒坐标系的准确建立。最后依据误差分析的相关结论优化轨迹操控方法,通过增加反馈环节并建立相应的偏差补偿方法,从而实现了轨迹的闭环操控。使用该优化方法重新完成各轨迹的操控实验,结果表明,优化后的轨迹操控效果非常稳定,粒子的实际运动基本完全沿着设定路径,因此,基于偏心圆筒流的粒子操控方法完全可行。