随着微机电系统的快速发展,仪器设备微型化和高度集成化已经成为现代设备发展的主流趋势之一。微流控芯片就是将混合、分离、稀释、检测等功能集成在一块微小芯片上,正被广泛的应用于生物化学分析以及医药和生命科学等领域。液滴式微流控芯片是近年来微流控领域内一个新的分支。每一个液滴均可被视为独立的反应器,和传统生物化学反应器相比,液滴式微流控芯片具有样品消耗低、反应快、无交叉污染等优点,可以被广泛应用到化学合成、纳米材料制备、细胞分析、药物筛选等诸多领域。其中液滴的形成和内部混合的控制是实现上述功能的关键,但其相关系统研究却不深入。因此本文以此为切入点,针对液滴的形成及内部混合性能展开研究。本文采用可视化实验的方法针对微通道内液滴的生成及其内部混合的强化开展研究。首先在200*200μm的T型微通道内通过连续相二甲基硅油剪切分散相去离子水生成微液滴,研究了连续相流速、分散相流速以及连续相粘度对微液滴生成尺寸的影响;并提出了一种利用光热效应致相变的方法在大尺度T型微通道内生成超微液滴的新方法;其次,研究了螺旋型微通道对液滴内部混合的强化作用,并进行了量化分析;最后,利用PIV技术测量了微液滴受到侧向剪切时其内部流动状况的变化并分析了这一变化对液滴内部混合性能的影响。通过对以上内容的研究,本文得出了以下结论:①在T型微通道内液滴的生成尺寸随连续相流速的上升而减小;随分散相流速的上升而增大;随连续相粘度的增大而减小。同时提出了利用激光的光热效应致T型结构中水相相变蒸发冷凝形成超微液滴。在工作过程中,液态水通过激光加热生成水蒸汽,水蒸汽被连续相剪切生成汽塞,汽塞冷凝后可以形成超微液滴。由于液滴是通过冷凝形成,汽塞的大小直接决定了液滴的大小,研究发现汽塞大小随激光功率上升而变大,随连续相流速增大而减小。②通过研究直微通道和螺旋形微通道中液滴的混合性能,发现具有T型结构入口的直微通道内液滴生成时的混合效率随连续相的增大而得到强化,随分散相流速的增大而减弱。螺旋形微通道也具有相同的变化趋势。更重要的是,研究发现无论在单位时间内还是在单位长度上,相对于直微通道,螺旋型微通道内由于螺旋结构所产生的二次流使得液滴的混合效率得到提高。③利用流体侧向剪切微液滴时,液滴受到剪切力的作用,其内部流场向剪切方向偏转,同时可以提升液滴内的流速,从而可以强化液滴内的混合。其强度随流体流速的增强而变大,随分散相的流速的增大也增强。