芯片實(shí)驗(yàn)室在化學(xué)和生物領(lǐng)域有多種應(yīng)用。它提供了一種便攜式和低成本的替代實(shí)驗(yàn)和操作的方法,可以避免分析實(shí)驗(yàn)必須在設(shè)備齊全的科學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。因此,一種被稱為微流控技術(shù)的先進(jìn)技術(shù)引起了越來越多的關(guān)注,微混合器作為微流體控制芯片的重要組成部分,在分析系統(tǒng)的集成化、小型化、化學(xué)合成及能源生產(chǎn)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。由于被動(dòng)式微混合器在流體的混合過程中不需要施加外力的特點(diǎn),通過對(duì)其幾何結(jié)構(gòu)的研究來實(shí)現(xiàn)混合目的變得尤為重要。本論文總結(jié)了近年來國(guó)內(nèi)外被動(dòng)式微混合器的研究現(xiàn)狀。在前人研究成果的基礎(chǔ)上,結(jié)合Koch分形理論對(duì)幾何形狀的改變特性,對(duì)被動(dòng)式微混合器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化,并進(jìn)行數(shù)值仿真。首先,針對(duì)傳統(tǒng)的二維微通道內(nèi)設(shè)置障礙物的微混合器,利用Koch分形來改變障礙物的形狀,通過仿真發(fā)現(xiàn)在分形混合區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生八個(gè)渦流區(qū)域,有助于提高混沌對(duì)流,提高混合效率。然后,把Koch分形對(duì)形狀的改變應(yīng)用到三維通道的壁面上,并且以Koch分形的形狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了Koch分形微通道,在壁面作用下產(chǎn)生的聚合分離現(xiàn)象對(duì)促進(jìn)混合具有決定性作用。針對(duì)傳統(tǒng)的人字形或魚骨形擋板微混合器,我們利用科赫分形原理對(duì)其形狀進(jìn)行改進(jìn)來提高微混合器的性能,通道內(nèi)流體在分形擋板處產(chǎn)生螺旋現(xiàn)象,并且流體濃度沿通道方向劇烈波動(dòng),濃度曲線呈快速收斂,流體混合均勻。最后,針對(duì)Koch分形微通道的微混合器,并在實(shí)驗(yàn)室前期研究的基礎(chǔ)上對(duì)微通道的加工方法,對(duì)微混合器的鍵合技術(shù)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn),通過二次加壓來提高鍵合強(qiáng)度和成功率,避免發(fā)生漏液現(xiàn)象。
【學(xué)位單位】：遼寧工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ051.71
【部分圖文】：

運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)有效地混合�；旌掀鞯幕旌托Чc提供的電場(chǎng)、頻率及流量有關(guān)，雷諾數(shù)對(duì)其并無(wú)重要的影響，同時(shí)頻率的增加，離子運(yùn)動(dòng)方向連續(xù)改變會(huì)降低混合效率。另一方面，頻率過低時(shí)，電極的飽和以及與氣泡的形成又不利于混合。圖1.1為電滲微混合器的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖，主流由壓力驅(qū)動(dòng)，交叉流由電滲力驅(qū)動(dòng)。圖1.1 電滲微混合器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖[58]Fig. 1.1 Schematic diagram of the electroosmotic micromixer experimental system圖 1.2 磁流體驅(qū)動(dòng)微混合器[59]Fig. 1.2 Magnetic fluid driven micromixerBau 等人設(shè)計(jì)一種如圖 1.2 所示利用磁流體驅(qū)動(dòng)的微混合器。該混合器可以有效提高微全分析系統(tǒng)中流體的混合效率，它在微通道底部沉積了多組電極陣列，微通道內(nèi)液體為具有磁性的電解質(zhì)溶液。圖 1.2 中所示的字母 A，B，C，D，E 代表微通道的底部沉積電極，并且分別垂直于微通道側(cè)壁；電極交替與電源正負(fù)極相連，使兩電極間的溶

（MHD）驅(qū)動(dòng)利用電流對(duì)兩中具有導(dǎo)電性質(zhì)的電解液體進(jìn)行電離，混合�；旌掀鞯幕旌托Чc提供的電場(chǎng)、頻率及流量，同時(shí)頻率的增加，離子運(yùn)動(dòng)方向連續(xù)改變會(huì)降低混極的飽和以及與氣泡的形成又不利于混合。圖1.1為主流由壓力驅(qū)動(dòng)，交叉流由電滲力驅(qū)動(dòng)。圖1.1 電滲微混合器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖[58] 1.1 Schematic diagram of the electroosmotic micromixer experim

方向如圖 1.2 中箭頭所示。通過磁場(chǎng)與電場(chǎng)的相互于流體，進(jìn)而使電解質(zhì)溶液運(yùn)動(dòng)變得更加復(fù)雜，流體間的接規(guī)則現(xiàn)象，能夠加強(qiáng)液流的混合。合器合器的設(shè)計(jì)多采用復(fù)雜微通道結(jié)構(gòu)來促進(jìn)混合，沒有使用外動(dòng)微混合器內(nèi)沒有移動(dòng)部件，因此制造和操作更容易。近年被動(dòng)微混合器上，因?yàn)樗鼈冎恍枰雍?jiǎn)單的制造設(shè)備，整體作控制容易，而且與主動(dòng)微混合器相比，其很容易與其他設(shè)，流體在微通道中的流動(dòng)為層流狀態(tài)，影響微混合器混合的增強(qiáng)混沌對(duì)流。由于被動(dòng)混合器的這些特性，利用科赫分形優(yōu)化，以此提高微混合器的混合效率是本文研究的主要目的合混合方式又可分為分層流微混合器、混沌對(duì)流微混合器等層流微混合器工作較好。相對(duì)應(yīng)的，Re 數(shù)較大時(shí)，混沌對(duì)混合效果。下面主要介紹幾種常見的微混合器類型。
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