本文關(guān)鍵詞：新型分合式微通道混合性能的研究　出處：《西北大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：現(xiàn)代自然科技與工程技術(shù)的一個重要發(fā)展方式就是微型化,微系統(tǒng)是現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。微流控芯片則是微系統(tǒng)的一個應(yīng)用,它針對需要進(jìn)行的生物或者化學(xué)實驗研究,使用相應(yīng)高端微機(jī)電加工的方法,以微通道為主體,將實驗所用功能單元按照比例縮小到數(shù)百微米或者數(shù)百毫米的范圍內(nèi)加工到芯片之上,來實現(xiàn)整個實驗室的各種反應(yīng)、分離、檢測等功能。微混合器作為微流控芯片上的一個重要部件,其混合效果的好壞對微流控芯片性能有著很大的影響。那么提高微混合器上的微通道混合效率就成為目前研究領(lǐng)域的一個大方向。開發(fā)更多類型的微通道的以提高混合效率,滿足研究與生產(chǎn)的需要是必不可少的。而本文就微通道的開發(fā)這一研究領(lǐng)域,設(shè)計了一種新型的分合式微通道結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)可以通過加大流體分流對流程度來增加混合程度,使流體能夠達(dá)到更加充分均勻的混合。本文通過Fluent數(shù)值模擬來對新型微通道混合性能進(jìn)行研究。首先從分合角度及深寬比這兩個方面對新型微通道的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了數(shù)值優(yōu)化,結(jié)果表明：新型分合式微通道混合效果最好的結(jié)構(gòu)模型是θ=70。,H/W=1,即分合角度是70。,通道寬度是100 u m的微通道。當(dāng)入口速度Vlm/s時微通道混合器能夠達(dá)到高效的混合,混合指數(shù)小于0.03,特別當(dāng)速度達(dá)到15m/s時微通道出口截面的混合指數(shù)已經(jīng)減小到0.0032,基本達(dá)到了完全混合。其次,為了找到操作參數(shù)的變化對新型分合式微通道的影響規(guī)律,具體從入口速度、擴(kuò)散系數(shù)和運動粘度等方面進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到了不同操作參數(shù)變化對混合的影響規(guī)律,并擬合出了操作參數(shù)與通道長度的關(guān)聯(lián)式,對微通道長度的制造與設(shè)計都具有很大的指導(dǎo)作用。最后,為了進(jìn)一步證明新型分合式微通道的混合性能,在相同操作參數(shù)的條件下將其與直通道及Z型通道進(jìn)行了對比,具體包括混合長度、混合時間及壓降的分析對比。結(jié)果表明,無論在哪種速度條件下,新型分合式微通道達(dá)到一定混合程度時需要的混合長度及混合時間都小于另外兩種通道,而且混合效率最高；新型微通道的壓降在一定速度下雖然高于Z型通道,但相差甚少�？傮w比較而言,新型分合式微通道的混合性能優(yōu)于其余兩種微通道,壓降損耗相差不多,可以作為微流體混合的實際應(yīng)用。
[Abstract]:Miniaturization is an important development way of modern natural science and engineering technology, microsystem is an important direction of modern manufacturing technology, and microfluidic chip is an application of microsystem. It aims at the biological or chemical experimental research that needs to be carried out, uses the corresponding high-end micro-electromechanical processing method, taking the microchannel as the main body. The functional units used in the experiment are scaled down to hundreds of microns or hundreds of millimeters and processed on the chip to achieve various reactions and separations in the whole laboratory. Micromixer is an important part of microfluidic chip. Its mixing effect has a great influence on the performance of microfluidic chip. Therefore, improving the mixing efficiency of microchannel on micromixer has become a major direction in the field of research. Development of more types of microchannels in order to improve the performance of microfluidic chips. High mixing efficiency. It is necessary to meet the needs of research and production. In this paper, a new type of split-close micro-channel structure is designed for the development of microchannels. The structure can increase the mixing degree by increasing the flow degree of the fluid. In this paper, Fluent numerical simulation is used to study the mixing performance of the new microchannel. Firstly, the mixing performance of the new microchannel is studied from the angle of separation and the aspect ratio of depth to width. The structural parameters are numerically optimized. The results show that the best structural model of the new type of microchannel mixing is 胃 ~ (70) / H / W ~ (-1), that is, the splicing angle is 70. 5. The channel width is 100u m and the mixing index is less than 0.03 when the inlet velocity is Vlm/s. In particular, when the velocity reaches 15m / s, the mixing index of the exit section of the microchannel has been reduced to 0.0032, which has basically reached the complete mixing. In order to find out the influence of the operating parameters on the new micro-channel, numerical simulation was carried out in terms of inlet velocity, diffusion coefficient and kinematic viscosity. The effects of different operating parameters on the mixing are obtained, and the correlation between the operation parameters and the channel length is fitted out, which has a great guiding effect on the manufacture and design of the microchannel length. Finally. In order to further prove the mixing performance of the new micro-channel, it is compared with the straight channel and Z-type channel under the same operating parameters, including the mixing length. Analysis and comparison of mixing time and pressure drop. The results show that the mixing length and mixing time of the new micro-channel are smaller than those of the other two channels under any speed conditions. And the mixing efficiency is the highest; Although the pressure drop of the new microchannel is higher than that of the Z-type channel at a certain speed, the difference is very small. In general, the mixing performance of the new micro-channel is better than that of the other two microchannels, and the pressure drop loss is not much different. It can be used as a practical application of microfluid mixing.
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN492

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本文編號：1419922