【摘 要】
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近几年来,微混合器被广泛的应用于化学合成和生物制药等领域。这些领域要求两种和更多的液态流体在其内部达到很高混合效率,然而由于液态流体在微混合器内流动一般都是低雷诺
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近几年来,微混合器被广泛的应用于化学合成和生物制药等领域。这些领域要求两种和更多的液态流体在其内部达到很高混合效率,然而由于液态流体在微混合器内流动一般都是低雷诺数,导致流体在其内部的流动为层流流动,流体混合的动力为分子扩散,通常液态分子扩散比较慢,这就要求微通道达到足够的长度使得流体在其内部能够停留较长的时间,但是这样会增加了通道制作成本。为此学者提出运用混合单元的方法以提高微混合器的混合效率。本文在传统Y形微通道的基础上,通过引入不同结构的混合单元(离心混合元件,分叉混合元件,障碍物混合元件)到Y形微混合器中,使得流体在混合元件处产生混沌流,进而提高微混合器的混合效率,从而设计出高效率的微混合器。研究结果表明:在雷诺数1到60,流体在微混合器内的混合指数和压降和其含有的混合元件密切相关。传统的YSM,由于没有包含混合元件,流体在其内部为层流流动,其混合指数最大为0.16;新型微混合器由于包含混合元件,流体在混合元件处产生了混沌流,因此混合效率高于YSM。排在第一位是含有半圆柱离心混合元件的YSMHC(R1.5)和YSMHC(R1),其最大混合指数都为0.99,相对于YSM提高了 6.2倍;排在第二位的为含有半圆柱离心和分叉混合元件YSCCSAR,YSCRSAR,YSCRCSAR,其最大混合指数都为0.97,相对于YSM提高了 6.1倍;排在第三位含有障碍物混合元件的YSDB和YLDB,其最大混合指数分别为0.97和0.96,相对于YSM分别提高了 6.1和6倍,排在第四位的为含有分叉结构的YCSAR和YRSAR,其最大混合指数分别为0.92和0.86,相对于YSM分别提高了 5.7和5.3。对于压降,YSM的最大压降为205Pa,排在第一位的为含有障碍物混合元件的YSDB和YLDB,其最大压降分别为747和608 Pa,相对于YSM分别提高了 3.6和3倍;排在第二位的为含有半圆柱混合元件的YSMHC(R1.5)和YSMHC(R1),其最大压降分别为320和603Pa,相对于YSM分别提高了1.6和2.9倍;排在第三位的为含有半圆柱离心和分叉混合元件YSCCSAR,YSCRSAR,YSCRCSAR,其最大压降都为 291 Pa,相对于 YSM分别都提高了 1.4倍;排在第四位的为含有分叉结构的YCSAR和YRSAR,其最大压降分别为252 Pa和243 Pa,相对于YSM分别提高了 1.2和1.1倍.因此可以得出微混合其的压降和混合指数成正比。
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