非对称分离重组扇形空腔微混合器的混合特性

基于平面内非对称分离重组微混合原理设计了一种新型的被动式微混合器,并对该结构微混合器的混合特性进行了三维数值模拟。模型使用有限体积法离散、SIMPLE算法进行层流计算,采用混合强度值作为衡量指标,分析了Reynolds数在1~80范围间的混合强度值变化。分析结果显示,在次通道上布置扇形空腔对非对称式微混合器的混合强度值有明显提高,同时扇形空腔的几何结构参数值对该微混合器的混合效果也有一定影响。本文模拟结果在综合考虑混合强度与泵功消耗等条件下,当主次通道宽度与扇形空腔结构宽度比为（w3/w1）=1/3时非对称分离重组扇形空腔微混合器的混合强度值可达到78%左右。

一种非对称结构微流体混合器的设计与分析

微流体混合器可以用于不同流体之间的混合与反应,其与化学传感器结合构成的化学分析测试系统,具有灵敏度高、响应时间短和稳定性好的特点。在微电子机械加工技术的基础上,设计了一种新型的、具有非对称分离重组结构的微流体混合器,并应用有限元方法建立了仿真模型,讨论了在不同雷诺数（Re=10~80）下,通道几何结构参数对微混合器内的流体流动特性和混合效率的影响。研究结果表明,微流体在该混合器内形成了扩展涡、分离涡和迪恩（Dean）涡,实现了涡系的叠加和强化,加大了流体间的扰动,增加了流体的接触面积,从而大大增强了混合效率。

3D-不对称菱形被动式微混合器混合特性

提高微混合器雷诺数的适用范围和混合强度是微混合器设计的发展趋势。本文基于非对称分离重组混合原理设计、制作了一种3D-不对称菱形被动式微混合器,并借助数值分析方法和可视化实验对混合强度和混合状态的变化进行了研究。研究发现:在低Re(0.01~10)范围内,两组分间的混合以扩散混合为主,随着Re的增加,流速对混合强度的影响有一定下降;在较高Re(10~200)范围内,受流速增加的影响,流体间不平衡微流惯性碰撞逐渐成为影响混合的主要因素。此时,混合强度随流速的增加逐渐增强并趋于平稳。对Re在0.01~200内的微混合器展开研究,分析了宽缝比Ws/S、分合角θ、宽厚比H/S等结构尺寸对混合强度的影响。通过综合考虑流体混合强度和通道压降的变化情况,确定最佳通道结构尺寸为Ws/S=0.2、θ=45°、H/S=0.5,此时微混合器的混合强度可维持在78%以上。与传统平面对称分合式混合器相比,设计制作的3D-不对称菱形被动式微混合器混合强度有较大的提高,验证了本文设计结构的有效性。

分离重组错位通道微混合器混合及结构研究

本文对基于非对称分离重组原理优化得到的错位通道微混合器的混合特性进行了数值模拟,并采用混合强度值作为衡量指标。结果表明,Re在1到80的变化范围内,微混合器的混合效果受通道几何结构参数影响较大,即主次通道上错位通道结构的布置有利于提高微混合器的混合强度。综合考虑混合性能和微通道内压降变化等条件,当错位通道结构参数ω_3/ω_4=1时,非对称分离重组错位通道微混合器的混合强度可提高到86%左右。