[发明专利]一种鲁洛克斯三角形挡板结构被动式微混合器

说明书

本发明公开了一种鲁洛克斯三角形挡板结构被动式微混合器，涉及混合器技术领域，旨在解决目前根据混合原理不同，微混合器可分为被动式和主动式两种，主动式微混合器主要依赖外加能量设备影响流体流向来完成混合，而被动式微混合器则只依赖于微通道结构形状发生改变对流体扰动完成混合，被动式微混合器因其结构简单、制造简便、易于集成，应用广泛；通过通道上非对称布置矩形和鲁洛克斯三角形挡板，通过破坏流体层流流动，促使混合工质流向改变形成二次流、涡流以促进两组分流体间掺混，鲁洛克斯三角形障碍物施，使微通道截面面积收缩剧烈，促进涡流生成，混合效果增强，导致流体工质流向改变程度更大，两组分溶质微粒接触面积增大。

技术领域

本发明涉及混合器技术领域，具体为一种鲁洛克斯三角形挡板结构被动式微混合器。

背景技术

微流控芯片因其具有实时性、效率高、成本低、使用方便的优点，将传统实验室所拥有的功能集成到一个仅有微米或纳米量级的芯片中的科学技术，在生物医疗、环境检测、化工合成中得到广泛运用，具有广阔的研究前景。其中微混合器作为微流控芯片中不可缺少的部分，在快速混合两种或多种液体发挥重要作用，受到广大学者关注。通常微混合器的通道几何尺寸在几十到几百微米，在其结构尺寸下流体的雷诺数Re较小，导致流体处于层流流动状态，此时流体间的混合主要依靠分子扩散，对流扩散作用不显著，使混合时间大幅度延长。因此设计一种在低雷诺数下仍能快速高效混合的微混合器具有重要意义。

目前根据混合原理不同，微混合器可分为被动式和主动式两种，主动式微混合器主要依赖外加能量设备影响流体流向来完成混合，而被动式微混合器则只依赖于微通道结构形状发生改变对流体扰动完成混合，被动式微混合器因其结构简单、制造简便、易于集成，应用广泛。

2008年，Xia等Xia H M,Wan S,Shu C,et al.Chaotic micromixers using two-layer crossing channels to exhibit fast mixing at low Reynolds numbers.Lab onA Chip,2005,5(7):748-755.将微通道采用两层交叉通道的三维结构，流体经过多次拉伸折叠、分裂重组，使集中流体转变为多个细小流体，增大流体间接触面积促进了混合，且在Re远低于1时仍能实现快速混合。刘赵淼等刘赵淼，王文凯，逄燕.扩展腔对方波型微混合器混合性能的影响研究。力学学报，2018，v.5002：66-74.提出了一种带扩展腔的方波型微混合器，研究了窄缝和扩展腔的尺寸参数对混合性能的影响，并在此后的工作中设计了一种在五边形混合腔内布置窄缝和障碍物的被动式微混合器刘赵淼，赵晟，王文凯，等.几何构型对平面混沌式微混合器混合性能的影响。分析化学，2019，479：1321-1329.，利用流体的射流特性及挡板成涡原理，强化流体扰动，有效地促进流体混合。刘洋等刘洋，毛海央，范文兵，等.一种挡板结构被动式微混合器的设计与仿真。微纳电子技术，2018，554：258-264.在T型直通道微混合器基础上，将通道弯折并在拐角处加有矩形挡板，并建立了有限元模型进行研究，结果表明弯折处截面尺寸剧烈收缩使流体加速，形成较大离心力并在挡板后的通道形成较大涡流，增大对流体扰动，Re＝5～60可以实现95％的高效混合。

上述文献表明，低雷诺数下流体在微通道中混合效果不显著，且随流体流速增大压降大幅增大，设计一种结构简单、功耗损失小且在低雷诺数下仍能表现出良好混合特性的微混合器具有困难。因此探究良好综合混合特性的微混合器具有重要意义。

发明内容