中文摘要：

微结构可靠性与内流动模拟研究是新颖微机电系统（MEMS）生物分离反应器设计的核心技术。针对MEMS器件的多域物理耦合，建立有效的多尺度数值模拟方法，是实现MEMS器件可靠性设计，提高MEMS单元加工成功概率的重要保障。本项目将提出微射流结构MEMS器件可靠性预测的多尺度耦合并行计算方法。拟建立微射流MEMS可靠性分析的分子动力学和量子分子动力学模型，导出MEMS生物分离反应流体的微分－积分型控制方程；结合分子动力学模拟（MD）、直接蒙特卡洛模拟（DSMC）和有限云团法（FCM），研究并行耦合求解算法；采样流动状态，获得微流体流动与传热传质等多域物理特性；建立微流体结构可靠性设计准则，预测可靠度；实现对复杂结构非线性和多域物理问题的分析与计算，研究成果将为发明新型生物分离反应器提供强有力的计算平台。

结论摘要：

微结构可靠性与内流动模拟研究是新颖微机电系统（MEMS）生物分离反应器设计的核心技术，可用于反应器耦合型模拟移动床集成工艺中的微分离反应单元开发，解决其微尺度流动及控制等关键基础问题。针对此类MEMS器件的多域物理耦合特性，本项目建立的多尺度数值模拟方法，是实现器件可靠性设计，提高MEMS单元加工成功概率的重要保障。本项目主要完成了，建立起微射流结构MEMS可靠性分析的分子动力学和量子分子动力学模型，导出了适用于MEMS分离反应流体的微分－积分型控制方程；结合分子动力学模拟（MD）、直接蒙特卡洛模拟（DSMC）和光滑粒子动力法（SPH），研究了耦合求解并行算法；通过对实际流动状态的采样，获得了微流动、传热和传质等多域物理特性；并对微流道的物理边界条件提出了重要改进；建立了微射流结构可靠性设计准则；针对微通道流动和台阶流动等实际模型，进行了微尺度流固耦合分析和可靠度预测。本项目的研究成果能实现对微结构非线性和多域物理问题的分析与计算，为发明新型生物分离反应器提供强有力的计算平台。已发表论文9 篇，EI 检索6 篇；录用文章1篇；正在鉴定成果1 项；专利5项；培养博士生2名、硕士2名。