微混合器作为微流控芯片的重要分支,凭借其独特的优势,在医学、生物学、化学等领域已取得了巨大的发展并得到了广泛的应用。受特征尺度变化影响,微尺度液体在流动与传质过程中出现了许多新的问题,深入了解微尺度液体流动传质的变化规律对于微流器件的发展至关重要。本文主要对微通道内液体在壁面粗糙度效应作用下的流动与传质机理进行了研究,获得了粗糙度效应下的液体流动及传质规律,并以发展结构简单、能在较大Re数范围保持高效稳定混合性能的液-液型被动微混合器为出发点,基于流体力学中的康达效应构造出了一种新型涡旋式被动微混合器,并应用该微混合器进行了相关的实验研究。主要研究工作包括:(1)为研究微通道壁面粗糙度对液体流动和传质特性的影响规律,在随机排布准则的基础上利用典型粗糙元构建了二维随机粗糙微通道,通过有限元分析方法研究了微通道壁面粗糙元参数变化对微通道内液体流速、压力梯度、流动阻力、传质扩散机理等的影响规律。研究表明,微通道近壁面粗糙度的存在对流体的流场有显著影响,近壁面流体存在明显的涡流和流动分离现象;随机粗糙微通道内各位置的压降和流动阻力均随粗糙元相对高度的增加呈近似线性增长,且临近出口位置增幅较为明显;微通道壁面粗糙度的存在可以强化流体分子的传质扩散速率,但受粗糙元类型和粗糙元相对高度的影响较大。(2)利用有限元分析方法对基于康达效应所提出的涡旋式被动微混合器混合机理进行了阐述,揭示了涡旋式被动微混合器的两种混合机理:涡流混合和二次流动所诱导的混沌混合;对影响涡旋式被动微混合器通道结构的两个重要参数:微通道深度H和混合单元圆弧空腔曲径比K进行了详细的分析,并给出了较优的结构参数值。(3)通过互溶液体混合实验,验证了涡旋式被动微混合器对液体混合效果提升的可行性与可靠性;分析了涡系流动对于提升被动微混合器混合性能的重要意义;通过数字图像处理方法对混合性能进行了定量的验证,展现了涡旋式被动微混合器在高Re数、高通量领域的广泛应用前景。