[发明专利]一种用于低扩散系数流体的被动式收敛-发散微混合器

摘要

本发明属于微全分析系统、流体微混合及其相关领域，涉及一种用于低扩散系数流体的被动式收敛‑发散微混合器，该微混合器由流体入口通道、流体混合通道、流体出口通道组成，并在流体混合通道内重复设置多边形结构单元，多边形结构单元之间交错布置，从而在多边形结构单元的齿形边之间形成收敛‑发散腔体结构以及在多边形结构单元的顶端形成混合腔体结构。收敛‑发散腔体结构诱导流体发生周期性变化，形成收敛‑发散的流量变化，通过收敛‑发散作用与混合腔体结构的尖角作用诱导流体在混合腔体内产生除扩散机制之外的其他多种混合机制。本发明可以在宽雷诺数范围内实现低扩散系数流体之间的快速高效混合。

主权项

1.一种用于低扩散系数流体的被动式收敛‑发散微混合器，其特征在于，所述的用于低扩散系数流体的被动式收敛‑发散微混合器主要由流体入口通道、流体混合通道、流体出口通道和多个多边形的结构单元组成；多个多边形结构单元依次布设在流体混合通道中；流体从流体入口进入流体入口通道，然后在流体混合通道中混合，依次经过多个多边形的结构单元的收敛和发散后，从出口通道的流体出口流出；所述的结构单元，在流体混合通道的俯视图中具有如下结构：i)结构单元为轴对称结构且对称轴L垂直于流体混合通道中心线；ii)结构单元由两条三角波曲线A、B和一条底边组成；两条三角波曲线A、B分别沿对称轴L方向行进且交于对称轴上一点C，形成的尖角作为结构单元的顶角；A与B关于L对称；iii)三角波曲线A、B与通道壁之间围成的封闭结构构成结构单元，其中结构单元的底与通道壁相交，三角波曲线A与B构成结构单元的两个齿形边，相对于对称轴向外凸的齿构成波峰，相对于对称轴向内凹的齿构成波谷；iv)在流体混合通道中相邻的两个结构单元的底分别位于流体混合通道的相对的通道壁上，相对于流体混合通道的中心线形成相互倒置的交错排列；v)对称轴L的方向为纵向，垂直于对称轴L的方向为横向；三角波曲线A与B中相邻波峰之间的纵向距离为d；三角波曲线A与B之间关于对称轴L对称波峰之间的横向距离为W0，波谷之间的横向距离为W1；设位于通道壁一侧的任一个结构单元为M0，位于对面通道壁的与M0相邻的两个结构单元分别为M1、M2，且M0、M1和M2结构相同；M0、M1和M2三者交错布置在流体混合通道内的两侧，M0的顶角与M1和M2之间的空隙相对，三者间的位置关系遵循如下规则：①若结构单元M0的三角波曲线A、B的波峰与通道壁a相交，则结构单元M0的底宽为W0，结构单元M0的顶角与通道壁b之间的纵向距离为W2；底边与通道壁b相交的结构单元M1和M2分别布置在结构单元M0的左右两侧；结构单元M0的顶角边与结构单元M1和M2中相邻平行边之间的垂直距离为W3；在①情况下，若：且0＜W₃≤d结构单元M0的顶角与左右相邻结构单元M1和M2之间形成一个混合腔体结构，混合腔体结构由一个入口通道、一个出口通道和一个混合腔室组成，混合腔体入口通道和混合腔体出口通道分别是由结构单元M0的顶角边与结构单元M1和M2中相邻平行边组成，混合腔室是由结构单元M0的顶角与结构单元M1和M2中相邻的波峰以及M1和M2之间的空隙围成的空间结构，混合腔体入口通道与混合腔体出口通道宽度均不超过混合腔室的宽度；在①情况下，若：且结构单元M0的顶角与左右相邻结构单元M1和M2之间形成两个连体混合腔体结构，两个连体混合腔体由一个入口通道、一个出口通道、两个混合腔室和一个平面过渡通道组成；平面过渡通道是由过结构单元M0顶点且法线垂直于M0对称轴的平面与流体混合通道以及M1和M2之间的空隙围成的空间结构；混合腔体入口通道、混合腔体出口通道和平面过渡通道的宽度均不超过混合腔室的宽度；②若结构单元M0的三角波曲线A、B的波谷与通道壁a相交，则结构单元M0的底宽为W1，结构单元M0的顶角与通道壁b之间的纵向距离为W2；底边与通道壁b相交的结构单元M1和M2分别布置在结构单元M0的左右两侧；结构单元M0的顶角边与结构单元M1和M2中相邻平行边之间的垂直距离为W3；在②情况下，若：且结构单元M0的顶角与左右相邻结构单元M1和M2之间形成一个混合腔体结构，混合腔体结构由一个入口通道、一个出口通道和一个混合腔室组成；混合腔体入口通道和混合腔体出口通道分别是由结构单元M0的顶角边与结构单元M1和M2中相邻平行边组成，混合腔室是由结构单元M0的顶角与结构单元M1和M2中相邻波谷及M1和M2之间的空隙围成的空间结构，混合腔体入口通道与混合腔体出口通道的宽度均不超过混合腔室的宽度；在②情况下，若：且0＜W₃≤d结构单元M0的顶角与左右相邻结构单元M1和M2之间形成两个连体混合腔体结构，两个连体混合腔体由一个入口通道、一个出口通道、两个混合腔室和一个平面过渡通道组成，平面过渡通道是由过结构单元M0顶点且法线垂直于M0对称轴的平面与流体混合通道以及M1和M2之间的空隙围成的空间结构；混合腔体入口通道、混合腔体出口通道和平面过渡通道的宽度均不超过混合腔室的宽度；vi)由于结构单元M0与其左右相邻的结构单元M1和M2交错布置，使结构单元M0左右两侧的通道宽度呈现周期性变化，形成收敛‑发散腔体结构；收敛‑发散腔体结构诱导流体发生周期性收敛‑发散的流量变化，通过收敛‑发散作用与混合腔体结构的尖角作用改变不同成分流体的空间分布。