【摘要】：近十年來微流控技術(shù)得到了高度的關(guān)注和飛速的發(fā)展,作為其中一種重要的研究分支,流體的快速混合技術(shù)能夠極大的提升試劑的分析速度,被廣泛地應(yīng)用于生物化學(xué)等交叉領(lǐng)域。本文結(jié)合微流控技術(shù),探討了微尺度下流體混合特征及常見微流體混合器的運用發(fā)展,針對低雷諾數(shù)下的層流混合難題,設(shè)計了兩種具有易于制造和簡單構(gòu)型特點的微尺度快速混合器:交流電場下的電滲微混合器和具有非對稱側(cè)流壁面結(jié)構(gòu)的被動式微混合器。主要研究結(jié)果如下:(1)設(shè)計了一種電場驅(qū)動的電滲微混合器。其結(jié)構(gòu)的主要特點是具有一個類環(huán)形混合單元,這個類環(huán)形單元包含兩對呈現(xiàn)相反極性的電極,和一種收縮的非對稱壁面結(jié)構(gòu)�；跈M向微管道結(jié)構(gòu)的不對稱性,在不同濃度的流體并行進入混合單元后,在外部激勵電場的共同作用下,混合器內(nèi)流場發(fā)生較強的擾動�；谟邢拊椒ê碗姖B效應(yīng),應(yīng)用有限元仿真軟件構(gòu)建微混合器模型,包括入口、出口、混合單元構(gòu)型,分析流體混合機理和不同電場強度下該微混合器內(nèi)流場、濃度分布及電場分布規(guī)律,并通過計算流體混合指標,深入評價微混合器的混合性能。(2)設(shè)計了一種具有非對稱側(cè)流壁面結(jié)構(gòu)的被動式微混合器。其結(jié)構(gòu)的主要特征是混合單元內(nèi)的矩形直管道與圓弧形管道相接,在圓弧形管道上具有收縮的側(cè)流壁面。基于微流動理論,當流體流過彎曲管道時可在離心力的作用下產(chǎn)生Dean效應(yīng),這種疊加在主流之上的效應(yīng)能夠打破微尺度下的層流混合狀態(tài),增強流體之間的對流作用。同時將90度直角壁面結(jié)構(gòu)與彎管道相結(jié)合,在Dean渦旋消失之前流體重復(fù)轉(zhuǎn)彎,進一步促進流體的混合�；谟邢拊椒�(gòu)建微混合器模型,包括入口、出口、混合單元構(gòu)型,分析速度場及物質(zhì)濃度分布規(guī)律,隨后通過數(shù)值計算,比較了具有非對稱側(cè)流壁面結(jié)構(gòu)的被動式微混合器和普通“S”型結(jié)構(gòu)的混合器在不同雷諾數(shù)下流場和濃度場的差異,發(fā)現(xiàn)雷諾數(shù)達到100時,具有收縮壁面的“S”型結(jié)構(gòu)在較高主流速度的沖擊下仍舊可以保留完整的渦旋。最后評價了在不同雷諾數(shù)下兩種混合器的混合效率,通過對比得出具有非對稱側(cè)流壁面結(jié)構(gòu)的被動式微混合器的混合性能要整體優(yōu)于普通“S”型結(jié)構(gòu)的混合器.尤其是在雷諾數(shù)在30至100范圍時,前者的混合效率遠超后者。通過大量仿真結(jié)果對兩種微混合器的模型進行數(shù)值驗證.表明本文所建立的兩種微混合器具有較為優(yōu)越的混合效率,司時具有結(jié)構(gòu)簡單、易于加工的優(yōu)勢,可為高效的微流控芯片的設(shè)計提供參考,在生物化工等領(lǐng)域具有積極的應(yīng)用前景。
【圖文】：

１．２．１壓力驅(qū)動微混合器逡逑壓力場驅(qū)動的微混合器通常結(jié)構(gòu)簡單．并且主．：ｇ「ｉ上有一個或者多夂側(cè)通道，逡逑如圖１．１，圖中為三種壓力場驅(qū)動通道，逡逑Ｉｎｌｅｔ邋Ｂ邐Ｖ＇５ｉｎ（ＵＪｔ｝邐ｖ；ｓｍ叫ｕ逡逑ａ邐；邋ｖ邋；邐ｂ邐Ｃ逡逑ｖ邐＇■邐＾邐．．．．逡逑＼邐Ｆｌｏｗ邐？ｉ0ｗ邋—■逡逑Ｉｆｌｉｃｔ邋Ａ邋－￣＊ｖ邐＾逡逑Ｖ＾ｓｉｎｊｕｉｔ）逡逑圖１．邋１三種基本壓力場驅(qū)動的微混合器通道構(gòu)型（ａ－ｃ）邐（ａ）—個主通道和一個側(cè)邊通逡逑道：（ｂ）邋—個主通道和多個側(cè)邊通道；（Ｃ）相互交叉的十字通道逡逑Ｆｉｇ．邋１．１．邋Ｔｈｒｅｅ邋ｂａｓｉｃ邋ｃｈａｎｎｅｌ邋ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｍｉｃｒｏｍｉｘｅｒ邋ｄｉ＇ｉｖｅｎ邋ｂｙ邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋ｆｉｅｉｄｓ（ａ－ｃ）邋（ａ）邋ａ邋ｍａｉｎ逡逑ｃｈａｎｎｅｌ邋ａｎｄ邋ａ邋ｓｉｄｅ邋ｃｈａｎｎｅｌ；邋Ｃｂ）邋ａ邋ｍａｉｎ邋ｃｈａｎｎｅｌ邋ａｎｄ邋ｍｕｌｔｉｐｌｅ邋ｃｈａｎｎｅｌｓｉ（ｃ）邋ｔｗｏ邋ｃｒｏｓｓ邋ｃｈａｎｎｅｌｓ．逡逑典型的壓力場驅(qū)動微混合器是基于交替擾動，這是Ｄｅｓｈｍｕｋｈ等人１４６］在２０００逡逑年首先？用脈動徵泵引起流體的交替擾動。然后\，

本文編號：2711447