微流控芯片可以完成液体样品的分离、混合、反应、检测等操作过程,这些过程大部分是需要在微通道中进行的,血液、蛋白质溶液等非牛顿幂律流体常作为生物流体分析的样品进入微通道中,因而对微通道内非牛顿幂律流体的研究具有重大意义。本文基于Poisson-Nernst-Planck(PNP)模型,采用有限元法(FEM)数值模拟了非牛顿幂律流体在微通道内的电渗流(EOF)。主要的研究内容和成果如下:1、基于双电层(EDL)机理,分析了PNP模型平板微通道非牛顿幂律流体EOF的数学模型,并建立FEM离散模型。将PNP模型数值解和诸多假设条件下成立的线性Poisson-Boltzmann模型精确解对比,验证了PNP模型幂律流体EOF的正确性和普适性。2、对薄双电层PNP模型平板微通道非牛顿幂律流体EOF进行了量纲分析和FEM模拟,得出了不同参数对EDL电势和EOF速度的影响规律。研究表明,ζ电势影响EDL电势的大小,正负离子化合价会影响EDL的厚度。稠度系数、外加电场、ζ电势等仅改变EOF速度的大小;幂律指数、正负离子化合价不仅改变速度的大小,而且会影响壁面附近流体速度从零发展到最大值时相对壁面的距离。EOF速度和外加电场、稠度系数、ζ电势等呈幂函数关系,其中稠度系数的指数为幂律指数的负倒数。微通道高度、离子扩散系数对EOF没有影响。这些结果对微通道幂律流体EOF机理的认知和操控技术的改进有指导作用。3、基于PNP模型,数值模拟了幂律流体在矩形、三角形、正弦、分形粗糙元壁面微通道的EOF,讨论相对粗糙度、粗糙元频率等特征对壁面附近EDL电势、流速和微通道流体流量的影响,揭示了粗糙元对EOF的影响规律。这些结果对微流控芯片电渗驱动的理论发展和实际应用具有参考价值。