本文關(guān)鍵詞：內(nèi)置阻塊T型微混合器內(nèi)流動與混合特性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：作為微流控芯片實驗室的重要前處理裝置,微流體混合器在芯片實驗室中占有重要地位。使用微混合器不僅可以大大降低珍貴試劑的消耗量,還能夠極大地提高分析檢測速度,而且精度高,安全可靠,為高端分析檢測技術(shù)的普及創(chuàng)造了極為有利的條件。如何快速有效的實現(xiàn)微流體混合,具有重要的研究意義。本文研究了內(nèi)置阻塊T型微混合器的內(nèi)部流動機理及混合性能,提出了一種新的內(nèi)置周期三角形阻塊的微混合器并利用ANSYS CFX,對其進行了數(shù)值模擬計算。通過對數(shù)值模擬結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn),微流道內(nèi)阻塊結(jié)構(gòu)參數(shù)對微混合性能影響程從強到弱依次為:阻塊攻角θ流道高度H阻塊寬度L相鄰混合單元間的距離D。在研究范圍內(nèi)可以確定最優(yōu)參數(shù)組合為:θ=75°,L=0.7Wm,D=0.6Wm,H=0.4Wm。數(shù)值模擬結(jié)果表明最優(yōu)參數(shù)組合的微混合器性能優(yōu)異,當Re30,混合指標M95%,即已經(jīng)實現(xiàn)完全混合。減小阻塊截面寬度Wc,在一定程度上可以提高混合效果,但Wc的減小增大了加工的難度,引起較大的壓力損失。本文還研究了內(nèi)置阻塊的形狀對混合性能的影響,結(jié)果表明,當雷諾數(shù)較高時,設(shè)置周期三角形阻塊對微混合器性能的提高更為有利。微混合器流道進口結(jié)構(gòu)對混合性能有顯著影響,相比于T型進口,選擇交叉型進口結(jié)構(gòu)對微混合器性能的提高更為有利,但是交叉型進口結(jié)構(gòu)占用較大芯片面積,應(yīng)根據(jù)實際使用要求選擇合適的進口。根據(jù)數(shù)值模擬研究結(jié)果,采用MEMS加工工藝,以硅片和玻璃板為材料制作出微混合器實驗芯片。以交叉進口內(nèi)置周期三角形阻塊的微混合器作為實驗元件,進行微混合實驗。利用壓力傳感器測量微混合器的進出口壓力,拍攝微混合過程的高速數(shù)碼照片。實驗研究結(jié)果表明,雖然實驗測得的微混合器進出口壓降與數(shù)值模擬結(jié)果存在一定的誤差,但相對誤差變化幅度較小,這意味著測量值與數(shù)值模擬計算值保持了較好的一致性。通過比較混合過程的數(shù)碼照片與數(shù)值模擬混合介質(zhì)流動跡線及混合區(qū)域的顏色標示,可以看出,實驗結(jié)果與數(shù)值模擬吻合的較好,從而證明了本文數(shù)值模擬計算的有效性和本文新提出的微混合器混合性能的優(yōu)越性。
【關(guān)鍵詞】：微混合器 數(shù)值模擬 內(nèi)置阻塊 內(nèi)部流場分析 混合實驗
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN492
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 引言12
• 1.2 微混合器研究現(xiàn)狀12-23
• 1.2.1 被動式微混合器13-20
• 1.2.1.1 疊層微混合器13-16
• 1.2.1.2 液滴式微混合器16-17
• 1.2.1.3 混沌對流微混合器17-19
• 1.2.1.4 其他類型被動式微混合器19-20
• 1.2.2 主動式微混合器20-23
• 1.2.2.1 壓力擾動微混合器21
• 1.2.2.2 電動力微混合器21-22
• 1.2.2.3 磁動力微混合器22
• 1.2.2.4 聲動力微混合器22-23
• 1.2.2.5 其他類型主動式微混合器23
• 1.3 微混合器的應(yīng)用23-25
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容、意義及目的25-26
• 第二章 微流動理論及應(yīng)用26-32
• 2.1 微尺度流動基本理論26
• 2.1.1 微尺度流動26
• 2.1.2 微尺度流動劃分26
• 2.2 微尺度流動特征26-27
• 2.3 微混合相關(guān)理論27-30
• 2.3.1 微混合概述27-29
• 2.3.2 微混合常用準則數(shù)29
• 2.3.3 擴散混合與對流混合29-30
• 2.4 本章小結(jié)30-32
• 第三章 內(nèi)置阻塊T型微混合器數(shù)值模擬32-54
• 3.1 微混合器模型設(shè)計32-34
• 3.2 數(shù)值模擬設(shè)定34-38
• 3.2.1 數(shù)學模型34-35
• 3.2.2 混合初始條件及邊界條件設(shè)置35
• 3.2.3 混合性能的評價指標35-36
• 3.2.4 網(wǎng)格劃分及數(shù)值計算有效性檢驗36-38
• 3.3 結(jié)果與討論38-53
• 3.3.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)對混合性能影響程度的比較38
• 3.3.2 流道幾何結(jié)構(gòu)對微混合器性能的影響38-53
• 3.3.2.1 阻塊布置攻角θ對微混合器性能的影響41-43
• 3.3.2.2 流道高度H對微混合器性能的影響43-45
• 3.3.2.3 阻塊寬度L對微混合器性能的影響45-47
• 3.3.2.4 相鄰混合單元間的距離D對微混合器性能的影響47-48
• 3.3.2.5 阻塊距離最窄處寬度Wc對微混合器性能的影響48-49
• 3.3.2.6 內(nèi)置阻塊形狀對微混合器性能的影響49-51
• 3.3.2.7 微混合器流道進口結(jié)構(gòu)對微混合器性能的影響51-53
• 3.4 本章小結(jié)53-54
• 第四章 微混合器實驗芯片制作54-64
• 4.1 MEMS加工54-58
• 4.1.1 硅片清洗55
• 4.1.2 硅片氧化55
• 4.1.3 圖形轉(zhuǎn)移55-58
• 4.1.3.1 制版56
• 4.1.3.2 光刻56-57
• 4.1.3.3 對準57
• 4.1.3.4 濕法腐蝕57
• 4.1.3.5 干法刻蝕57-58
• 4.1.4 靜電鍵合58
• 4.2 內(nèi)置周期三角形阻塊微混合器制作58-62
• 4.2.1 內(nèi)置周期三角形阻塊微混合器制作工藝流程58-60
• 4.2.2 微混合器實驗芯片60-62
• 4.3 本章小結(jié)62-64
• 第五章 微混合器混合實驗研究64-74
• 5.1 實驗設(shè)計64-67
• 5.1.1 實驗原理64
• 5.1.2 實驗裝置64-66
• 5.1.3 實驗步驟66-67
• 5.1.3.1 壓力損失特性實驗66
• 5.1.3.2 微混合實驗66-67
• 5.2 實驗結(jié)果分析67-72
• 5.2.1 混合性能分析67-70
• 5.2.2 進出口壓降分析70
• 5.2.3 實驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果比較70-72
• 5.2.3.1 進出口壓降比較70-71
• 5.2.3.2 混合性能比較71-72
• 5.3 本章小結(jié)72-74
• 第六章 總結(jié)與展望74-76
• 6.1 總結(jié)74-75
• 6.2 展望75-76
• 參考文獻76-80
• 致謝80-81
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文情況81

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1 駱廣生,徐建鴻,陳桂光,李少偉,汪家鼎;微結(jié)構(gòu)設(shè)備內(nèi)液-液均相混合性能研究進展[J];現(xiàn)代化工;2005年11期

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  本文關(guān)鍵詞：內(nèi)置阻塊T型微混合器內(nèi)流動與混合特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：292626