通道式微混合器的设计及性能

利用计算流体力学和数字图像处理技术,研究"Y"型通道式微混合器的结构及混合性能,分析了混合器结构尺寸和流动条件对混合过程的影响.数值模拟结果表明,在混合通道入口夹角为60°、通道宽度为200μm、注入速度为0.02 m/s的流动条件下,可以取得比较满意的混合效果.利用数值模拟对比了扭曲通道混合器、导流块和直通道结构对混合过程的影响,结果表明使用导流块可以显著提高混合效果.依照模拟计算结果,设计并用MEMS工艺制作了双侧壁有内肋块的通道式微混合器,并进行了流体混合实验,观测了混合过程.拍摄混合实验图像,对比标准浓度-图像灰度关系曲线后识别出拍摄点混合指数.识别计算的结果也证实了所设计混合器性能上的优越性.最后对实验结果误差进行了分析,说明了误差来源并给出了相应的改进措施.     

新型压电驱动微流体混合器实验

鉴于MEMS技术的工艺复杂性及昂贵的制作成本,对基于MEMS技术的压电驱动微流体混合器的结构进行了改进．利用常规的激光加工方法制作了不同尺寸的混合器,并通过实验对其性能进行了研究．结果显示,新型混合器在雷诺数为6．9、悬臂梁振动频率为200Hz、驱动电压为60V时达到充分混合所需的通道长度仅为1．1mm．这比现有的混合器在性能上有很大的提高。基本可以满足目前大多数微流体系统应用的需要．     

用于HRP测定的一种主动式PDMS微混合器

微米尺度下的生物流体混合是生物微机电系统(BioMEMS)和分析化学等领域研究的重要问题之一,目前的混合方式多以被动式自由扩散为主,存在流体混合效率不高的现象.针对该问题,设计了一种主动式聚二甲基硅氧烷(PDMS)微混合器.该装置利用脉冲气体对多个PDMS微隔膜进行顺序驱动,可实现微混合室中不同液体的快速混合和反应.同时,基于鲁米诺.过氧化氢体系的化学发光反应机理,以辣根过氧化物酶(HRP)作为催化剂,进行了微混合器最佳工作条件研究,基于HRP化学发光分析法和L25-5-6正交实验,确定出微混合器化学发光分析法的最优实验条件组合.并在此实验条件下完成了HRP的微量测定.实验结果表明,目前检测体系下线性范围为2.05×10-9mol/L～2.05×10-8mol/L,检测限为2.05×10-9moL/L,检测反应时间小于2 min,可满足生物医学和分析化学领域对于物质测定方面的微量、快速的检测要求.     

磁性微混合器混合性能的实验研究

自装配磁性微混合器是利用聚合的磁流体在旋转磁场作用下的运动,来破坏流体的层流状态,产生混沌对流而加强流体间的混合.利用Micro-PIV对不同磁场强度、旋转频率和流量下的混合效率进行了实验研究,结果表明:在保证外磁场能带动磁流体聚合链运动的前提下,磁场强度对混合效率的影响不大;而外磁场的旋转频率对混合效果有较大的影响,当旋转频率较低时混合效率随旋转频率升高而提高,而当旋转频率超过临界频率时,由于粘性拖曳力克服了磁场力,磁性颗粒的聚合被破坏,使混合效率反而下降.为磁性微混合器的设计提供基础.     

一种被动式微混合器的宏微建模方法与实验

建立了可用于被动式微混合器设计的宏微建模方法,利用分离变量法建立用于求解直通道内样品浓度分布的宏模型,采用宏模型计算微混合器的各段直通道内样品的浓度分布.运用有限元方法数值求解复杂的混合单元内样品的浓度分布,通过数值拟合和插值,交换宏模型与数值求解的计算结果.经过反复迭代,实现被动式微混合器的系统级求解.采用数控铣削在聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)平板上加工微通道,用热键合的方法实现微混合器盖片与基片的封装.在微混合器入口,输入3种不同浓度的荧光素钠盐溶液,形成样品浓度的准正态分布.采用激光诱导荧光观察和分析样品的混合效果.通过对比数值仿真和实验测试结果,验证了宏微建模计算方法的准确性.     

结构参数对液态甲烷-丙烷喷射混合器混合特性的影响

为了优化液化天然气气质,探究结构参数对喷射混合器内部流场的影响,优化其结构,基于不同沸点低温液体互溶混合机理,以液态甲烷、液态丙烷为工质,分析了不同引射角度和喷嘴直径喷射混合器内两股流体的流动特性和混合效果。分析结果表明:液态甲烷和丙烷可互溶,引射角度发生变化时,速度核心发生了不同程度的偏移,随着引射角度的增加速度核心偏移程度逐渐得到改善。压降随着引射角度的增加呈现先减小后增大的变化趋势,混合流体出口压力呈增大的趋势,两股流体混合后引射流体质量分数沿中心轴线方向呈逐渐增加的趋势,当引射角度为90度时,两股流体混合后流场分布相对其它引射角度均匀,速度核心偏移现象较不明显,且压力降、混合流体出口压力及引射流体的质量分数最大。喷嘴直径过大时,喷射混合器出口位置出现了回流现象。随着喷嘴直径的增加喷射混合器内两股流体达到均匀混合所需的距离增大,压力降、混合流体出口压力及混合后引射流体质量分数逐渐减小,当喷嘴直径为13 mm时,压力降、混合流体出口压力和两股流体混合后引射流体的质量分数最大。     

应用微流体混合器芯片于食品中甲醛含量快速检测

本研究利用微流体芯片配合雷射激发荧光侦测法,侦测食品中不当添加物一甲醛,实验中以4-amino-3-penten-2-one(Fluoral-P)和甲醛作用,并于微流体混合器中进行反应及荧光衍生化以快速侦测.在微流体芯片中过高浓度甲醛荧光衍生物,因荧光分子基团讯号集中,易干扰全波长与荧光的侦测,因此在微流体芯片的检测以100 ppm以下为主.而在微流体混合器方面,本研究利用1:7型式不对称管道之微流体混合器,甲醛于此芯片中行荧光侦测法测定,随着甲醛浓度的降低,荧光讯号愈平缓,易出现噪声,侦测极限可达0.4 ppm且其线性度为R2=0.9954,而浓度低于1 ppm时,其S/N比表现度随之降低,此系统可提供较短分析时间、低试剂与成本消耗.     

基于硅结构的微混合器研究进展与应用

阐述了微混合器的一般概念,从不同角度对微混合器进行分类,综述了微混合器的国内外研究现状,从尺度效应、表面效应和多相流等3个方面分析了微混合器研究过程中存在的问题和今后的研究方向,就微混合器在生物芯片和微小型化学化工机械系统中的应用作了简要说明,展望了微混合器的研究前景.     

旋流式微混合器混合特性

本文以三层聚甲基丙稀酸甲脂材料黏合制作一种双通道旋流式微混合器.实验探讨了相同直径不同深度的微混合器中,不同进口流速下0.05%罗丹明B溶液和去离子水两流体的混合特性.利用带高分辨数字摄像机的体视显微镜观察并记录混合过程,Image J软件进行混合图像处理,分析流体从进口到出口沿半径方向上浓度变化趋势,比较各类情况下的混合效益.结果表明.随着进口速率和混合腔深度的增加,混合效益得到提高,混合腔内的旋转绕流有利于增加流体间的界面,缩减流层厚度,改进混合质量.     

基于Fluent的复杂流场飞机空气混合器分析

介绍了用于计算飞机空气混合器内部流场和温度场数学模型和Fluent仿真的建模方法,并进行数值仿真。在数值仿真的基础上,分析了混合器内部扰流元件--扰流圆环对混合器内流体混合作用的方式,同时分析了混合器内部结构扰流圆环的结构尺寸对混合器混合能力的影响,得到了扰流环结构参数与混合能力的关系曲线,为进一步合理设计混合器提供了依据。     

工艺参数对低温液体喷射混合器混合性能的影响

为了优化液化天然气气质,探究工艺参数对低温液体喷射混合器内部流场的影响,基于不同沸点低温液体互溶混合机理,以液态甲烷、液态丙烷为工质,分析了不同工艺参数喷射混合器内两股流体的流动特性和混合效果。分析结果表明:喷射混合器的主流体入口压力、引射流体入口压力及混合流体出口压力均存在一个最优值,在考虑实际生产环境的基础上,应使其值尽可能的接近这一临界值;在其他工艺参数确定的情况下,随着引射流体入口温度的增大,喷射混合器的混合性能越好,可适当增大引射流体入口温度,以提高喷射混合器的混合性能。主流体入口压力0.22 MPa、引射流体入口压力0.1 MPa、混合流体出口压力0.1 MPa、引射流体入口温度249.15 K时,该结构喷射混合器的混合性能最好。     

并联矩形突扩微通道气液两相流动特性研究

微尺度下的相变强化传热是微电子领域散热的研究热点,而微通道内气液两相流流型和压降分析是微流动系统设计和控制的基础。本文针对并联矩形突扩微通道,通过流型可视化、理论分析及实验研究的方式,对微通道内两相流动特性进行了分析研究。通过可视化实验,在并联矩形突扩微通道内观察到了4种典型流动,分别为泡状流、塞状流、弹状流和环状流。当Qg=110 mL/min、Ql=20 mL/min时,两相流动流型达到最大程度的射流状态,出现充分流体射流情况。通过建立压降预测模型,结合实验结果分析了压降模型的适用性和精度,结果表明:含有突扩结构的并联矩形微通道在质量流速为367~691 kg/(m^2·s)范围内的压降预测模型的平均预测误差为18.56%,优于经典文献中的预测精度,且随着整体压降的增大,预测精度增大。     

锥管微通道连续相粘度影响的实验研究

微流控指的是使用微通道操纵微小流体的系统所涉及的科学和技术。微流控技术在微通道中可以完成对液滴体积的精确控制、单个液滴的操控、节省原材料、大批量生产单分散液滴等。液液两相流在生物和化学分析方面是一种具有良好应用前景的工具。本文采用共轴微通道结构,设计了α=2. 8°共轴微通道试样,研究微通道中石蜡/乙醇两相流收敛角和两相粘度对流型图、液滴特征直径的影响。     

基于MEMS技术集成硅微棱镜耦合和微流道的近红外表面等离子体谐振芯片

为促进表面等离子体谐振（surface plasmon resonance, SPR）测试技术在片上的实现,提出硅基近红外SPR芯片,由硅微棱镜、金属膜和聚合物微流体通道组成．利用有掩膜和无掩膜各向异性湿法腐蚀加工出底角为25．24。的单微硅棱镜阵列,用有掩膜各向异性湿法腐蚀加工出底角为54．74。的双微硅棱镜阵列,利用聚合物的复制注塑技术加工得到微流体通道．在波长1550nm时进行仿真与实验测试,实验测得以空气、水和乙醇为测试介质的SPR角分别为16．75°、22．58°和22．72°,这些值比以玻璃棱镜加工SPR传感器测得的SPR角要小很多．通过实验表明,近红外SPR芯片可以实现表面等离子体谐振传感器微型化,进而推动微全分析系统的实现,降低其成本并提高其性能．     

粗糙度对微流道内流体连续自搬运的影响

微流控芯片中各功能单元间样品的运输依赖于流体在微通道中的流动,尺度效应加剧表面作用效果,使得微流道内流体无需外部动力即可实现连续铺展搬运。为了深入研究微流道内流体的流动机制和动力学特性,分析影响微流道内流体自搬运效率的因素,基于近似Derjaguin法的同时充分考虑表面能和Casimir效应,利用数值计算和实验相结合的方法分析了微流道内壁粗糙度对流体流动特性和自搬运效率的影响,明确了微流道内流体的本构方程和流动控制方程,并设计搭建实验台验证所得结果的有效性和可靠性。结果表明：内壁粗糙度是影响微流道内流体流动特性和连续自搬运效率的重要因素;当粗糙度等效齿数、等效齿高和等效齿倾角变化时,微流道内近壁面齿隙间的主漩涡和伴生涡都相应改变,导致流体自搬运效率发生相应变化。研究结果对解决微流控润滑和微流控芯片减阻防粘等设计和使用问题具有重要理论指导意义,对微电子机械系统的小型化和集成化设计具有一定的参考价值。     

往复振荡对活塞冷却油腔内纳米流体传热及流动特性的影响

内燃机工作过程中,燃烧产生的部分热能传给活塞。当活塞功率密度超过0.3 kW/cm~2时,必须采用冷却油腔进行冷却。为揭示纳米流体在冷却油腔内的传热及流动特性,对不同种类纳米流体在随活塞冷却油腔同步往复振荡状态下的传热和流动特性进行了对流换热和可视化实验。研究发现:最优传热充液率为53.4%;往复振荡频率、颗粒的水力半径与活塞冷却油腔内的对流换热系数成正比;转子转动角度在180°~270°范围时,工作流体混合效果最佳;纳米流体的流动紊乱度在整个往复振荡周期内均好于纯净水。     

新型人字齿同步带噪声、振动试验研究

以螺旋角30°新型人字齿同步带和螺旋角0°直齿为研究对象,在相同实验条件下,对新型人字齿同步带传动进行噪声和振动实验研究。结果表明:1噪声与带横向振动同初张力、带的线密度、转速和产生的轴向力有关。2新型人字齿不同于直齿同步带啮合冲击机理,比直齿同步带噪声低,最大降噪11 d B(A)。3新型人字齿比直齿同步带横向振动响应小,高速运行更平稳。4同国外螺旋角10°的斜齿和螺旋角20°的双螺旋齿同步带相比,新型人字齿同步带具有更好的降噪性能。     

TiO_2-H_2O混合纳米流体的稳定性

采用水热合成法制备TiO_2纳米管(TiNTs)和纳米片(TiNSs),以不同浓度比将两种纳米颗粒分散在水中形成水基混合纳米流体,研究了纳米流体总浓度和两种纳米颗粒浓度比对混合纳米流体稳定性的影响。通过纳米颗粒沉降高度随时间的变化计算了纳米颗粒的相对沉降速率,并用沉降速率评价了纳米流体的稳定性。结果显示,纳米流体总浓度越大,纳米颗粒沉降速率越小,纳米流体越稳定;总浓度相同时,在TiNTs浓度高的情况下,混合纳米流体的稳定性较好且优于单组份TiNTs和TiNSs纳米流体,但在TiNSs浓度高的情况下,混合纳米流体的稳定性较差。测试了不同剪切速率下纳米流体的粘度;从粘度变化的角度解释了纳米流体总浓度与TiNTs和TiNSs浓度比影响纳米颗粒沉降速率的原因。     

微化工技术在炸药制备中的应用研究进展

微化工技术基于微尺度下流动可控及混合、传递高效的特点,是实现化工过程绿色、安全、高效的重要途径之一。国内通过微化工技术合成了1-甲基-4,5-二硝基咪唑、3,4-二硝基吡啶、硝基胍、二硝基萘、硝化二乙二醇、硝化三乙二醇、三羟甲基乙烷三硝酸酯、1,2-丙二醇二硝酸酯、硝酸异辛酯等炸药和含能助剂,制备了CL-20微球和硝化棉基球形发射药;采用了内交叉趾并联多层化式HPIMM微混合器、玻璃微通道反应器、G1型脉冲式混合微反应器、芯片式微反应器、SIMM微反应器等不锈钢或玻璃材质微通道反应器,实现了物料的高效混合传递,提高了反应效率和过程安全性。     

关于空气混合器混合效果的探讨

本文通过实验,分析了剪切/位移型空气混合器和混合风扇的混合效果;并通过分析风扇运转时的混合过程和实验结果,提出了正确选用混合风扇的原则。