反应器微型化是化工过程强化的重要研究方向,本文对微反应器微通道内流体的流动、混合、传质性能展开详细研究,并对微通道网络结构进行了仿生设计与优化。本文首先对单级和多级T形微通道结构中互溶两相流体的混合规律进行了实验和模拟研究。随着流动雷诺数的增加,微通道内依次出现层流、涡流、卷流三种不同流动状态。在相同停留时间条件下,多级T形微通道结构中流体混合效率明显高于单级。研究结果说明,含有多级T形结构的树状分形仿生网络结构能够极大地强化流体混合,是一种高效的微混合构型。进一步地,分别对单级和双级T形微通道结构中水和甲苯体系,CO2和水体系两相流动与传质进行了实验与模拟,拍摄了两相流动流型变化。测量了醋酸在水和甲苯两相中的分配获得了T形微通道中液液两相传质系数,通过对T形微通道内水物理吸收C02过程的测定获得了气液两相传质系数。采用VOF流体力学模型模拟了T形微通道中液液、气液两相不同流型的形成和变化过程,准确预测了弹状尺寸。研究发现,含有多级T形结构的分形树状仿生网络能够有效地提高液液、气液两相间的传质速率,是一种高效的微萃取、微吸收构型。最后,借鉴生物循环系统的原理和结构特征,设计了一种具有进料、出料微通道网络分布的整体式仿生催化剂芯片。对仿生通道网络构型进行了CFD模拟研究和优化计算。具有仿生通道网络分布的整体式仿生催化剂芯片流动阻力低,返混小,抗干扰能力强。探索了仿生催化剂芯片在三个典型反应体系的应用,模拟结果表明仿生催化剂芯片能够实现高的反应转化率,该催化剂芯片结构是一种高效的构型。