芯片實驗室在化學和生物領域有多種應用。它提供了一種便攜式和低成本的替代實驗和操作的方法,可以避免分析實驗必須在設備齊全的科學實驗室進行。因此,一種被稱為微流控技術的先進技術引起了越來越多的關注,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、化學合成及能源生產(chǎn)等領域有著廣闊的應用前景。由于被動式微混合器在流體的混合過程中不需要施加外力的特點,通過對其幾何結構的研究來實現(xiàn)混合目的變得尤為重要。本論文總結了近年來國內(nèi)外被動式微混合器的研究現(xiàn)狀。在前人研究成果的基礎上,結合Koch分形理論對幾何形狀的改變特性,對被動式微混合器的結構進行設計和優(yōu)化,并進行數(shù)值仿真。首先,針對傳統(tǒng)的二維微通道內(nèi)設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)生八個渦流區(qū)域,有助于提高混沌對流,提高混合效率。然后,把Koch分形對形狀的改變應用到三維通道的壁面上,并且以Koch分形的形狀結構設計了Koch分形微通道,在壁面作用下產(chǎn)生的聚合分離現(xiàn)象對促進混合具有決定性作用。針對傳統(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其形狀進行改進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,濃度曲線呈快速收斂,流體混合均勻。最后,針對Koch分形微通道的微混合器,并在實驗室前期研究的基礎上對微通道的加工方法,對微混合器的鍵合技術進行了適當?shù)母倪M,通過二次加壓來提高鍵合強度和成功率,避免發(fā)生漏液現(xiàn)象。
【學位單位】：遼寧工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TQ051.71
【部分圖文】：

運動而實現(xiàn)有效地混合�；旌掀鞯幕旌托Чc提供的電場、頻率及流量有關，雷諾數(shù)對其并無重要的影響，同時頻率的增加，離子運動方向連續(xù)改變會降低混合效率。另一方面，頻率過低時，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驗系統(tǒng)示意圖，主流由壓力驅動，交叉流由電滲力驅動。圖1.1 電滲微混合器實驗系統(tǒng)示意圖[58]Fig. 1.1 Schematic diagram of the electroosmotic micromixer experimental system圖 1.2 磁流體驅動微混合器[59]Fig. 1.2 Magnetic fluid driven micromixerBau 等人設計一種如圖 1.2 所示利用磁流體驅動的微混合器。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壁；電極交替與電源正負極相連，使兩電極間的溶

（MHD）驅動利用電流對兩中具有導電性質的電解液體進行電離，混合�；旌掀鞯幕旌托Чc提供的電場、頻率及流量，同時頻率的增加，離子運動方向連續(xù)改變會降低混極的飽和以及與氣泡的形成又不利于混合。圖1.1為主流由壓力驅動，交叉流由電滲力驅動。圖1.1 電滲微混合器實驗系統(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。通過磁場與電場的相互于流體，進而使電解質溶液運動變得更加復雜，流體間的接規(guī)則現(xiàn)象，能夠加強液流的混合。合器合器的設計多采用復雜微通道結構來促進混合，沒有使用外動微混合器內(nèi)沒有移動部件，因此制造和操作更容易。近年被動微混合器上，因為它們只需要更加簡單的制造設備，整體作控制容易，而且與主動微混合器相比，其很容易與其他設，流體在微通道中的流動為層流狀態(tài)，影響微混合器混合的增強混沌對流。由于被動混合器的這些特性，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、混沌對流微混合器等層流微混合器工作較好。相對應的，Re 數(shù)較大時，混沌對混合效果。下面主要介紹幾種常見的微混合器類型。
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本文編號：2873854