随着微流控技术的发展和应用,微型实验分析系统越来越多的应用于医疗、化学、环保等领域。基于电渗原理的微混合器以结构简单,混合效率高的特点,广泛应用于微实验系统中。受测量技术的限制,电渗的理论研究主要采用数值仿真的形式进行。随着数值计算能力的增加,近年来,电渗的仿真从二维模型向三维模型发展。本文针对圆柱型电渗微混合器建立三维模型进行仿真研究,通过仿真分析揭示了在三维情况下,混合包含轴向及周向两个过程,通过电场力的分解实现了两个混合过程的解耦,在此基础上给出了轴向、周向及综合混合过程随混合参数的变化特性,具体内容如下:首先,建立了三维圆柱型电渗微混合器模型,基于电渗机理给出了边界条件,结合初始条件完成了数值计算。通过边界条件的设定解耦了周向混合与轴向混合两个过程,分析了两种混合形式的机制,揭示两种涡流的扰动区域及涡流中心的分布特性。进而,分析了应用电压、电场频率、流体流速对周向、轴向及全向混合的作用机制,给出了混合效率变化特性。数值结果显示,周向混合效率受电压影响变化较大,在较小电压情况下,液体的混合主要是轴向的作用效果。这是由于较小电压时,较多流体从周向涡流扰动区域直接逃逸,而轴向涡流的右侧涡流可对逃逸的流体进行再次扰动;三种混合效率均受电场频率的影响,变化曲线均有极值点,即存在针对不同混合形式的最优频率;轴向混合效率受流速的影响较大,而全向混合效率与周向混合效率变化规律一致,其主要机制为流速影响轴向涡流扰动区域的大小和扰动能力,而对周向涡流的影响相对较小。最后,考察动力粘度、扩散系数、电导率等流体特性对轴向、周向及全向混合过程及混合效果的影响。通过改变电极片来控制轴向及周向混合作用强度,数值结果显示:电极弧形片的长度可以控制轴向涡流的涡流中心距离;而电极弧形片的弧度主要影响周向涡流的扰动强度。利用优化算法,计算出了全向涡流混合效率最大时,电极片弧度和长度的具体组合。