全球慢性病患者数量持续增长,严重危害人类健康,临床上对缓控释、靶向、副作用低、顺应性强的改良小分子微球制剂需求迫切。液滴微流控技术作为微尺度下流体精准操控的前沿技术,具备液滴生产速度快、均一性好、连续生产可控性高的优势。然而,基于微流控芯片的多相流体流动特性、液滴形成与发展规律尚未得到充分认识,液滴微流控芯片的结构优化设计主要依赖经验和实验修正。此外,微米级别的单通道芯片产量较低限制了其产业化应用,高通量芯片设计中又存在流体动力学复杂、液滴粒径分布范围较大以及单元并行串扰的问题。因此,针对上述问题本文利用理论分析、数值模拟结合实验验证,开展高通量液滴微流控芯片的结构优化设计。本文的工作将完善微尺度液-液多相流体动力学理论,为高通量液滴微流控系统的优化设计提供理论基础,也将为微流控器件拓展到创新药物制造领域以及产业化应用提供一定的借鉴意义。具体研究成果如下:（1）基于水平集方法建立流动聚焦型微流道内液滴生成过程的数值模型,研究了液滴生成过程中流场分布与演化,揭示了液滴生成的流体力学机理;研究了流动聚焦型微流道几何结构与流动条件对液滴生成特性的影响:当入口宽度比w*＞1时,w*增大,液滴尺寸逐渐增大,生成频率逐渐减小;当w*＜1时,随着w*的增大液滴尺寸逐渐增大,生成频率随w*也逐渐增大;随着流速比V*的增大,液滴尺寸逐渐减小,生成频率呈增大趋势,但w*越大,生成稳定液滴的流速比也越大。（2）基于相场法建立了多单元并联液滴生成过程的数值模型,研究了毛细数和流速比对液滴生成特性的影响,结果表明:相同流速比下耦合系统液滴尺寸比独立单元系统更小,生成频率更快;识别了滴流流态下两种子模式:滴流-回缩和滴流-保持,二者之间的转换由毛细数Ca决定,临界Cac介于0.0013～0.019之间;识别了两单元耦合系统“同步”和“异步”液滴生成模式,Cac和临界流速比Vc*随分散相流速增大而增大;揭示了迟滞时间th与Ca的依赖关系:Ca越大,th越短。（3）以液滴产量为优化目标,采用基于kriging代理模型优化设计方法对微流道几何结构与流动条件进行优化设计。优化后的液滴通量达到10153376.6μm~2?s-1,与初始样本相比提高了19.5%。基于最优单元结构设计了高通量液滴微流控芯片三维构型,包括:基片、分散相流体分配层、液滴生成层、连续相流体分配层和盖片。共享连续相流道的设计提高了液滴单元集成度,从而提高了液滴生产率。沿芯片中心向两侧分配流体的策略减小了沿程阻力损失,降低了流量分配的不均匀性,提高了液滴单分散性。