微混合器的通道尺寸一般在微纳尺度(当量直径小于1 mm)。这种设备具有很大的表面积/体积比值,能够促进流体在通道中快速混合,使得微混合器在有机合成、液液乳化、高通量筛选以及生命科学领域均有广阔的应用前景。微混合器根据输入能量方式分为主动式和被动式微混合器,前者依靠外界能量扰动流体进行混沌混合,但加工困难,成本较高;后者除了需要提供流体流动的能量外,不再需要其他外在的动力,因此成为微混合器研究热点。为了能在较宽雷诺数范围内提高混合效率,本文在平面E型微混合器中引入跨桥结构,构造了一种新型“桥-街”结构跨桥式微混合器。通过数值求解三维N-S方程,并采用组分输送模型,对比了六种不同的跨桥式微混合器的混合性能。结果表明,在低雷诺数时,跨桥通道内的倾斜界面增大了界面面积,提高了传质效率;而在高雷诺数时,过桥通道容易产生涡流,促进对流扩散。其中,在Re=0.5-100范围内,最优跨桥式微混合器DBEM-3的混合效率大于94.65%。本文进一步研究了不同黏度比流体和幂律流体在DBEM-3微混合器中的混合性能,结果表明,DBEM-3在三种不同的流体系统中均具有良好的混合效率,因此在生物化学分析或混合系统中具有广阔的应用前景。此外,本文还探究了氮气进料对液相组分间混合效率的影响,主要对氮气进料方式、进气速度以及不同黏度流体、幂律流体等因素进行了研究。结果表明,在模拟条件下,四种氮气进料方式中,氮气均以弹状流形式进行流动,弹头的内循环诱导了液相产生较大漩涡,促进组分直接进行了混沌混合,其中侧边进气方式的混合效果最好。在不同的进气速度中,弹状流的大小和形成时间对液相组分的扰动程度和作用时间均有较大影响。气速越低,液相组分受旋涡作用越小,气速越高时,液相组分受旋涡作用时间越短。对不同黏度流体的混合,随着黏度比值增加,氮气受局部黏性差异影响,弹头所诱导漩涡的速度梯度增大,从而增大了液相流体的扰动,强化流体在氮气附近快速混合。对于幂律流体,流变指数n值越小,越容易受到弹状流扰动影响,生成更大涡流,混合效果的强化更为明显。